BRPI0706801B1 - purification method of programmed cardiomyocytes or cardiomyocytes derived from stem cells or fetuses - Google Patents
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Abstract
método de purificação de cardiomiõcitos ou cardiomiócitos programados derivado de células- tronco ou fetos a presente invenção refere-se ao desenvolvimento de um método para purificar cardiomiácitos com alto grau de purificação e com alto rendimento a partir de uma mistura celular compreendendo cardiomiócitos derivados de fetos e de células-tronco usando várias características as quais não foram anteriormente esperadas para serem usadas para a purificação de cardiomiócitos, ou as quais são recentemente descobertas, em que o referido método é executado sem sofrer qualquer modificação genética ou sem adicionar quaisquer proteínas ou agentes biologicamente ativos especiais. os inventores da presente invenção descobriram que os cardio-miócitos foram altamente selecionados e purificados de forma eficaz pelo cultivo de cardiomiácitos derivados de células-tronco embrionárias no meio de cultura sob uma condição selecionada de uma condição selecionada com pouco soro, uma condição suplementada com pouca glicose, uma condição nutricional baixa, uma condição com pouco cálcio, uma condição com ph brandamente ácido, uma condição suplementada com ácido lático, uma condição suplementada com ácido aspártico/ácido glutâmico e/ou uma condição suplementada com ácido pirúvico. os inventores da presente invenção ainda descobriram que o método inventado acima, em relação às células-tronco embrionárias, foi aplicável para selecionar e purificar cardiomiácitos derivados de fetos ou de células-tronco adultas.method of purifying programmed cardiomyocytes or cardiomyocytes derived from stem cells or fetuses the present invention relates to the development of a method to purify cardiomyocytes with a high degree of purification and with high yield from a cell mixture comprising cardiomyocytes derived from fetuses and of stem cells using various characteristics which were not previously expected to be used for the purification of cardiomyocytes, or which are recently discovered, in which the said method is carried out without undergoing any genetic modification or without adding any biologically active proteins or agents special. the inventors of the present invention found that cardio myocytes were highly selected and effectively purified by culturing cardiomyocytes derived from embryonic stem cells in the culture medium under a condition selected from a selected condition with little serum, a condition supplemented with little glucose, a low nutritional condition, a low calcium condition, a mildly acidic ph condition, a condition supplemented with lactic acid, a condition supplemented with aspartic acid / glutamic acid and / or a condition supplemented with pyruvic acid. the inventors of the present invention have further discovered that the method invented above, in relation to embryonic stem cells, was applicable to select and purify cardiomyocytes derived from fetuses or adult stem cells.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODO DEDescriptive Report of the Invention Patent for METHOD OF
PURIFICAÇÃO DE CARDIOMIÓCITOS OU CARDIOMIÓCITOS PROGRAMADOS DERIVADO DE CÉLULAS-TRONCO OU FETOS.PURIFICATION OF CARDIOMYOCYTES OR PROGRAMMED CARDIOMYOCYTES DERIVED FROM STEM CELLS OR FETUS.
CAMPO TÉCNICOTECHNICAL FIELD
A presente invenção refere-se a um método para purificar cardiomiócitos de uma população de células derivada de células-tronco e fetos e também a um método para os seus usos.The present invention relates to a method for purifying cardiomyocytes from a population of cells derived from stem cells and fetuses and also to a method for their uses.
TÉCNICA ANTERIORPREVIOUS TECHNIQUE
Uma vez que o cardiomiócito perde a capacidade proliferativa num corpo adulto, é necessário efetuar um transplante cardíaco no tratamento de uma doença cardíaca séria, tal como enfarte cardíaco ou cardiomiopatia. Entretanto, atualmente, uma vez que há doadores de corações insuficientes, há atualmente uma necessidade urgente de desenvolver um método de tratamento diferente de transplanta cardíaco.Since cardiomyocyte loses its proliferative capacity in an adult body, it is necessary to have a heart transplant in the treatment of a serious heart disease, such as a heart attack or cardiomyopathy. However, today, since there are insufficient heart donors, there is currently an urgent need to develop a treatment method other than heart transplantation.
Por outro lado, o recrutamento dos cardiomiócitos produzidos ex vivo é esperado para ser o método mais promissor de proporcionar alívio para pacientes necessitados de transplante cardíaco. Vários métodos de preparo de cardiomiócitos foram investigados, tal como um método de diferenciação de células-tronco (células-tronco embrionárias ou várias célulastronco adultas) em cardiomiócitos ou um método para isolar cardiomiócitos de fetos.On the other hand, the recruitment of cardiomyocytes produced ex vivo is expected to be the most promising method of providing relief for patients in need of heart transplantation. Several methods of preparing cardiomyocytes have been investigated, such as a method of differentiating stem cells (embryonic stem cells or several adult stem cells) into cardiomyocytes or a method to isolate cardiomyocytes from fetuses.
A diferenciação dos cardiomiócitos das células-tronco embrionárias é positivamente induzida através da formação de uma massa celular (um corpo embrionário) pela eliminação de fatores de supressão de diferenciação do meio de cultura (tais como células alimentadoras, fator inibitório de leucemia: LIF) no caso de células-tronco embrionárias de camundongo ou fatores de supressão de diferenciação (tais como células alimentadoras, fator de crescimento de fibroblasto básico: bFGF, fator de crescimento transformante: TGF) no caso de células-tronco embrionárias humanas.The differentiation of cardiomyocytes from embryonic stem cells is positively induced by the formation of a cell mass (an embryonic body) by the elimination of factors that suppress differentiation from the culture medium (such as feeder cells, leukemia inhibitory factor: LIF) in case of mouse embryonic stem cells or differentiation suppression factors (such as feeder cells, basic fibroblast growth factor: bFGF, transforming growth factor: TGF) in the case of human embryonic stem cells.
Um modo de diferenciação in vitro segue parcialmente um modo de desenvolvimento fisiológico. Especialmente, em relação aos eventos de desenvolvimento iniciais, existe uma variedade de semelhanças entre o mo do de desenvolvimento fisiológico em óvulos fertilizados e o modo de diferenciação in vitro. No curso de diferenciação do cardiomiócito in vitro, como também no desenvolvimento fisiológico, células de mesoblasto nãodiferenciadas são primeiramente geradas, uma parte das quais é alterada em cardiomiócitos programados (células de mesoblasto pré-cardíacas) e, a seguir, diferenciadas nos cardiomiócitos. Entretanto, uma vez que as células-tronco embrionárias podem se diferenciar em quaisquer tipos de células as quais constroem um órgão num corpo é tecnicamente difícil diferenciar as células-tronco embrionárias em somente um tipo individual de células.An in vitro differentiation mode partially follows a physiological development mode. Especially, in relation to the initial development events, there are a variety of similarities between the physiological development method in fertilized eggs and the in vitro differentiation mode. In the course of cardiomyocyte differentiation in vitro, as well as in physiological development, undifferentiated mesoblast cells are first generated, a part of which is altered in programmed cardiomyocytes (pre-cardiac mesoblast cells) and then differentiated into cardiomyocytes. However, since embryonic stem cells can differentiate into any type of cells which build an organ in a body, it is technically difficult to differentiate embryonic stem cells into just one individual cell type.
Além disso, uma vez que também é difícil sob condições nãofisiológicas (in vitro) induzir a diferenciação das células-tronco embrionárias em todos os tipos de células, então parcialmente restam células nãodiferenciadas. Além disso, as células-tronco mesenquimais presentes na medula óssea ou no cordão umbilical e células-tronco teciduais presentes em vários tipos de tecidos (tais como célula-tronco neural, células-tronco derivadas adiposas e células-tronco do músculo esquelético) são consideradas como sendo as células-tronco adultas, as quais são consideradas como tendo uma capacidade de se diferenciar nos cardiomiócitos. Acredita-se que essas células se diferenciem não somente nos cardiomiócitos, mas também em vários tipos de células. Embora os detalhes dos mecanismos de diferenciação de quaisquer células-tronco adultas nos cardiomiócitos não estão completamente elucidados, sabe-se que essas células formam os cardiomiócitos, outras células diferenciadas e uma população celular contendo células não-diferenciadas depois de sofrer certo período de fase de transição.Furthermore, since it is also difficult under non-physiological conditions (in vitro) to induce the differentiation of embryonic stem cells in all cell types, then partially undifferentiated cells remain. In addition, mesenchymal stem cells present in bone marrow or umbilical cord and tissue stem cells present in various types of tissues (such as neural stem cells, adipose derived stem cells and skeletal muscle stem cells) are considered as adult stem cells, which are considered to have an ability to differentiate into cardiomyocytes. These cells are believed to differentiate not only in cardiomyocytes, but also in various cell types. Although the details of the differentiation mechanisms of any adult stem cells in cardiomyocytes are not completely elucidated, it is known that these cells form cardiomyocytes, other differentiated cells and a cell population containing non-differentiated cells after suffering a certain period of transition.
Em resumo, todas as células-tronco causam algumas características deletérias para aplicações clínicas de modo que existem células diferentes dos cardiomiócitos as quais são geradas das células-tronco como subprodutos ou células não-diferenciadas. Uma vez que as células nãodiferenciadas têm uma atividade proliferativa e têm uma capacidade de se diferenciar em muitos tipos de células, uma população celular contendo os cardiomiócitos gerados por indução de diferenciação mão pode ser transplantada num corpo vivo na terapia.In summary, all stem cells cause some deleterious characteristics for clinical applications so that there are cells other than cardiomyocytes which are generated from stem cells as by-products or non-differentiated cells. Since undifferentiated cells have proliferative activity and have the ability to differentiate into many types of cells, a cell population containing cardiomyocytes generated by hand differentiation induction can be transplanted into a living body in therapy.
Conseqüentemente, para executar seguramente o tratamento usando células-tronco e alcançar um efeito de tratamento ideal, é necessário desenvolver um método de purificação dos cardiomiócitos da população celular.Consequently, in order to safely carry out the treatment using stem cells and achieve an ideal treatment effect, it is necessary to develop a method of purifying the cardiomyocytes of the cell population.
Até o momento, os cardiomiócitos foram purificados por um método de purificação dos cardiomiócitos pela expressão de modo específico de um marcador fluorescente tal como GFP nos cardiomiócitos e a seleção de uma célula expressando um marcador fluorescente usando um separador celular (documento de não-patente 1) ou um método de purificação dos cardiomiócitos pela expressão específica de uma proteína resistente a antibiótico nos cardiomiócitos e a seleção de células usando o antibiótico (documento de não-patente 2). Entretanto, uma vez que esses métodos têm que envolver numa alteração genética, a qual causa uma discussão relacionada com a segurança, esses métodos podem não ser usados para preparar os cardiomiócitos para o transplante no campo clínico. Além disso, uma vez que esses métodos envolvem uma alteração genética, uma questão ética e alguns riscos sérios imprevisíveis, tais como alteração na taxa de transformação, estão associados com uma alteração genômica (documento de nãopatente 3).To date, cardiomyocytes have been purified by a cardiomyocyte purification method by specifically expressing a fluorescent marker such as GFP in cardiomyocytes and selecting a cell expressing a fluorescent marker using a cell separator (non-patent document 1 ) or a method of purifying cardiomyocytes by specific expression of an antibiotic-resistant protein in cardiomyocytes and the selection of cells using the antibiotic (non-patent document 2). However, since these methods have to involve a genetic alteration, which causes a discussion related to safety, these methods may not be used to prepare cardiomyocytes for transplantation in the clinical field. In addition, since these methods involve a genetic change, an ethical issue and some serious unpredictable risks, such as change in the rate of transformation, are associated with a genomic change (non-patent document 3).
Sabe-se na técnica que o coração pode usar ácido lático gerado por um tecido diferente do coração (tal como músculo esquelético) como fonte de energia (documento de não-patente 4). Entretanto, não existe nenhuma técnica anterior para tentar purificar cardiomiócitos usando essa característica.It is known in the art that the heart can use lactic acid generated by tissue other than the heart (such as skeletal muscle) as an energy source (non-patent document 4). However, there is no prior technique for attempting to purify cardiomyocytes using this feature.
Também no coração, no fígado e no rim, ácido aspártico e ácido glutâmico são usados para transportar NADH para a mitocôndria, o mecanismo do qual é diferente daquele do outro tecido (documento de nãopatente 5). O transporte de NADH para dentro da mitocôndria é indispensável para a produção de energia na mitocôndria. Entretanto, não há nenhuma técnica anterior para tentar purificar cardiomiócitos usando essa diferença nesse mecanismo.Also in the heart, liver and kidney, aspartic acid and glutamic acid are used to transport NADH to the mitochondria, the mechanism of which is different from that of other tissue (non-patent document 5). The transport of NADH into the mitochondria is indispensable for the production of energy in the mitochondria. However, there is no prior technique for attempting to purify cardiomyocytes using this difference in this mechanism.
Documento de não-patente 1: Muller M, et al., FASEB J. 2000;Non-patent document 1: Muller M, et al., FASEB J. 2000;
14: 2540 a 2548.14: 2540 to 2548.
Documento de não-patente 2: Klug MG, et al., J. Cion. Invest.Non-patent document 2: Klug MG, et al., J. Cion. Invest.
1996; 98: 216 a 224.1996; 98: 216 to 224.
Documento de não-patente 3: Schroder AR, et al., Cell. 2002;Non-patent document 3: Schroder AR, et al., Cell. 2002;
110:521 a 529.110: 521 to 529.
Documento de não-patente 4: Khairallah M, et al., AM J. Physiol Heart Circ Physiol 2004; 286, H1461 a 1470.Non-patent document 4: Khairallah M, et al., AM J. Physiol Heart Circ Physiol 2004; 286, H1461 to 1470.
Documento de não-patente 5: Chatham JC, et al., J. Biol. Chem 1995; 270: 7999 a 8008.Non-patent document 5: Chatham JC, et al., J. Biol. Chem 1995; 270: 7999 to 8008.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃODESCRIPTION OF THE INVENTION
UM PROBLEMA A SER RESOLVIDO PELA INVENÇÃOA PROBLEM TO BE SOLVED BY THE INVENTION
Um objetivo da presente invenção é desenvolver um método de purificação de cardiomiócitos num grau elevado de purificação e com um rendimento elevado de uma mistura celular compreendendo cardiomiócitos derivados de fetos e células-tronco usando várias características as quais não foi esperado anteriormente que fossem usadas para a purificação de cardiomiócitos ou as quais foram recentemente descobertas, em que o referido método é executado sem sofrer qualquer alteração genética ou sem adicionar quaisquer proteínas especiais ou agentes biologicamente ativos. FORMAS DE RESOLVER O PROBLEMAAn objective of the present invention is to develop a method of purifying cardiomyocytes in a high degree of purification and with a high yield of a cell mixture comprising cardiomyocytes derived from fetuses and stem cells using various characteristics which were not previously expected to be used for the purification of cardiomyocytes or which have recently been discovered, in which said method is performed without undergoing any genetic alteration or without adding any special proteins or biologically active agents. WAYS TO SOLVE THE PROBLEM
Os inventores da presente invenção efetuaram um estudo exaustivo para as composições de vários tipos de meios de cultura para construir um sistema para produzir eficientemente cardiomiócitos derivados de células-tronco embrionárias. Baseando-se nos resultados considerando um estudo para uma concentração de cada componente dos vários meios de cultura ou um estudo para a regulação do ritmo de alterações numa concentração de cada componente de vários meios de cultura obtidos pela alteração das composições dos componentes de vários meios de cultura, os inventores da presente invenção descobriram os seguintes eventos:The inventors of the present invention have carried out an exhaustive study for compositions of various types of culture media to construct a system for efficiently producing cardiomyocytes derived from embryonic stem cells. Based on the results considering a study for a concentration of each component of the various culture media or a study for the regulation of the rate of change in a concentration of each component of various culture media obtained by changing the compositions of the components of various media culture, the inventors of the present invention discovered the following events:
(1) Um evento no qual uma inibição da diferenciação/crescimento celular e uma indução da morte celular não direcionada a cardiomiócitos ocorre, quando uma mistura celular contendo os cardiomiócitos e os não5 cardiomiócitos é cultivada numa condição suplementada com pouco soro ou numa condição sem soro;(1) An event in which an inhibition of cell differentiation / growth and an induction of cell death not directed at cardiomyocytes occurs, when a cell mixture containing cardiomyocytes and non-5 cardiomyocytes is grown in a condition supplemented with little serum or a condition without serum ;
(2) Um evento no qual uma indução de morte celular direcionada a não-cardiomiócitos ocorre, quando uma mistura celular contendo os cardiomiócitos e os não-cardiomiócitos é cultivada num meio e cultura levemente ácido;(2) An event in which an induction of cell death directed at non-cardiomyocytes occurs, when a cell mixture containing cardiomyocytes and non-cardiomyocytes is grown in a slightly acidic medium and culture;
(3) Um evento no qual uma inibição da diferenciação/crescimento celular e uma indução da morte celular direcionada a não-cardiomiócitos ocorre, quando uma mistura celular contendo os cardiomiócitos e os nãocardiomiócitos é cultivada num meio de cultura com pouco cálcio;(3) An event in which an inhibition of cell differentiation / growth and an induction of cell death directed at non-cardiomyocytes occurs, when a cell mixture containing cardiomyocytes and non-cardiomyocytes is grown in a culture medium with little calcium;
(4) Um evento no qual não-cardiomiócitos seletivamente sofrem morte celular, quando os cardiomiócitos são cultivados num meio de cultura nutricionalmente pobre;(4) An event in which non-cardiomyocytes selectively undergo cell death, when cardiomyocytes are grown in a nutritionally poor culture medium;
(5) Um evento no qual o consumo de energia é inibido pelo enfraquecimento da pulsação autônoma em cardiomiócitos, quando os cardiomiócitos são cultivados numa condição com pouco cálcio;(5) An event in which energy consumption is inhibited by the weakening of the autonomous pulse in cardiomyocytes, when cardiomyocytes are grown in a low calcium condition;
(6) Um evento no qual uma formação de massa celular espontânea de cardiomiócitos é intensificada sob uma condição suplementada com pouco soro ou sob uma condição livre de soro; e (7) Um evento no qual uma viabilidade de um cardiomiócito é significativamente reduzida quando os cardiomiócitos são cultivados depois de dispensar uma massa celular dos cardiomiócitos.(6) An event in which spontaneous cardiomyocyte cell mass formation is intensified under a condition supplemented with little serum or under a serum free condition; and (7) An event in which a viability of a cardiomyocyte is significantly reduced when cardiomyocytes are cultured after dispensing a cardiomyocyte cell mass.
Os inventores da presente invenção descobriram que os cardiomiócitos derivados das células-tronco embrionárias podem ser selecionados ou purificados eficientemente e num alto grau pelo método otimizado usando um ou mais processos correspondendo a esses eventos. Além disso, os inventores também descobriram que os métodos desenvolvidos das propriedades das células-tronco embrionárias também são aplicáveis para selecionar ou purificar cardiomiócitos derivados de fetos ou para selecionar ou purificar cardiomiócitos derivados das células-tronco adultas. Baseando-se nessas descobertas, os inventores completaram a presente invenção.The inventors of the present invention have discovered that cardiomyocytes derived from embryonic stem cells can be selected or purified efficiently and to a high degree by the optimized method using one or more processes corresponding to these events. In addition, the inventors also found that the methods developed from the properties of embryonic stem cells are also applicable to select or purify cardiomyocytes derived from fetuses or to select or purify cardiomyocytes derived from adult stem cells. Based on these findings, the inventors completed the present invention.
Mais especificamente, numa modalidade, a presente invenção proporciona um método para selecionar cardiomiócitos de uma mistura celular contendo cardiomiócitos e não-cardiomiócitos derivados de células-tronco embrionárias, fetos ou células-tronco adultas, em que a referida mistura celular é cultivada no meio de cultura sob as seguintes condições: (i) uma condição suplementada com pouca glicose; e (ii) uma ou mais condições selecionadas do grupo consistindo em uma condição com pouco cálcio, uma condição nutricionalmente pobre, um condição suplementada com ácido lático, uma condição suplementada com ácido aspártico/ácido glutâmico e uma condição suplementada com ácido pirúvico. Nessa modalidade, a mistura celular pode ser preparada pela indução da diferenciação das células-tronco embrionárias, formando corpos embrióides compreendendo cardiomiócitos programados (células de mesoblasto não-diferenciadas), o cultivo dos corpos embrióides no meio de cultura sob uma condição suplementada com pouco soro e/ou uma condição de pH levemente ácida.More specifically, in one embodiment, the present invention provides a method for selecting cardiomyocytes from a cell mixture containing cardiomyocytes and non-cardiomyocytes derived from embryonic stem cells, fetuses or adult stem cells, wherein said cell mixture is grown in the culture under the following conditions: (i) a condition supplemented with little glucose; and (ii) one or more conditions selected from the group consisting of a low calcium condition, a nutritionally poor condition, a condition supplemented with lactic acid, a condition supplemented with aspartic acid / glutamic acid and a condition supplemented with pyruvic acid. In this modality, the cell mixture can be prepared by inducing differentiation of embryonic stem cells, forming embryoid bodies comprising programmed cardiomyocytes (non-differentiated mesoblast cells), the cultivation of embryoid bodies in the culture medium under a condition supplemented with little serum. and / or a slightly acidic pH condition.
Em outra modalidade, a presente invenção proporciona um método para selecionar cardiomiócitos derivados de células-tronco embrionárias, em que os cardiomiócitos são selecionados pelos seguintes passos de: induzir a diferenciação das células-tronco embrionárias para formar corpos embrióides compreendendo células de mesoblasto não-diferenciadas; a seguir o cultivo dos corpos embrióides no meio de cultura sob uma condição suplementada com pouco soro e/ou uma condição de pH levemente ácido para preparar uma mistura celular compreendendo cardiomiócitos programados; e a continuação da cultura da mistura celular no mesmo meio de cultura para obter os cardiomiócitos.In another embodiment, the present invention provides a method for selecting cardiomyocytes derived from embryonic stem cells, in which cardiomyocytes are selected by the following steps: inducing differentiation of embryonic stem cells to form embryoid bodies comprising non-differentiated mesoblast cells ; then culturing the embryoid bodies in the culture medium under a condition supplemented with little serum and / or a slightly acidic pH condition to prepare a cell mixture comprising programmed cardiomyocytes; and continuing to culture the cell mixture in the same culture medium to obtain the cardiomyocytes.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Figura 1 apresenta um modo de apresentação dos cardiomiócitos num corpo embrióide após a adesão da cultura.Figure 1 shows a way of presenting cardiomyocytes in an embryoid body after the culture adheres.
Figura 2 mostra um modo de apresentação dos cardiomiócitos nos corpos embrióides aderidos os quais foram cultivados sob uma condição sem soro.Figure 2 shows a way of presenting cardiomyocytes in adhered embryoid bodies which were cultured under a serum-free condition.
Figura 3 mostra uma seleção bem-sucedida dos cardiomiócitos programados sob uma condição sem soro.Figure 3 shows a successful selection of cardiomyocytes programmed under a serum-free condition.
Figura 4 mostra um efeito de condição de pouco cálcio.Figure 4 shows a low calcium condition effect.
Figura 5 mostra uma seleção bem sucedida dos cardiomiócitos programados na massa de células-tronco embrionárias sob uma condição sem soro/de pH levemente ácido.Figure 5 shows a successful selection of the cardiomyocytes programmed into the mass of embryonic stem cells under a serum-free / slightly acidic pH condition.
Figura 6-1, mostra uma análise dos cardiomiócitos programados na massa de células-tronco embrionárias sob uma condição sem soro/com pH levemente ácido.Figure 6-1 shows an analysis of the cardiomyocytes programmed into the mass of embryonic stem cells under a serum-free / slightly acidic pH condition.
Figura 6-2 mostra uma análise dos cardiomiócitos programados na massa de células-tronco embrionárias sob uma condição sem soro/com pH levemente ácido.Figure 6-2 shows an analysis of cardiomyocytes programmed into the mass of embryonic stem cells under a serum-free / slightly acidic pH condition.
Figura 7 mostra uma massa de cardiomiócitos a qual é selecionada pelo cultivo de células-tronco embrionárias sob uma condição sem soro/com pH levemente ácido.Figure 7 shows a mass of cardiomyocytes which is selected by culturing embryonic stem cells under a serum-free / slightly acidic pH condition.
Figura 8 mostra uma seleção de cardiomiócitos pelo cultivo de células sob uma condição em açúcar, sem soro e suplementada com ácido lático.Figure 8 shows a selection of cardiomyocytes by culturing cells under a condition in sugar, without serum and supplemented with lactic acid.
Figura 9 mostra imagens com manchamento específico de cardiomiócitos para células as quais são selecionadas e coletadas durante o cultivo das células sob uma condição sem açúcar/sem soro e suplementada com ácido lático.Figure 9 shows images with specific cardiomyocyte staining for cells which are selected and collected during cell cultivation under a sugar-free / serum-free condition and supplemented with lactic acid.
Figura 10 mostra as massas de cardiomiócitos e as massas de células mortas as quais são exatamente selecionadas pelo cultivo das células sob uma condição em soro/levemente ácida/com pouco cálcio/sem açúcar e suplementada com ácido lático.Figure 10 shows the masses of cardiomyocytes and the masses of dead cells which are exactly selected by culturing the cells under a condition in serum / slightly acidic / low in calcium / without sugar and supplemented with lactic acid.
Figura 11 mostra um resultado de um método para eliminar agregados de alta densidade consistindo nas massas das células mortas usando centrifugação por gradiente de densidade.Figure 11 shows a result of a method for eliminating high density aggregates consisting of the masses of dead cells using density gradient centrifugation.
Figura 12-1 mostra as massas dos cardiomiócitos selecionadas pelo cultivo das células sob uma condição sem soro/levemente ácida/com pouco cálcio/sem açúcar e suplementada com ácido lático.Figure 12-1 shows the masses of cardiomyocytes selected by culturing the cells under a serum-free / slightly acidic / low-calcium / sugar-free condition and supplemented with lactic acid.
Figura 12-2 mostra as massas dos cardiomiócitos selecionados pelo cultivo das células sob uma condição sem soro/levemente ácida/com pouco cálcio/sem açúcar e suplementada com ácido lático.Figure 12-2 shows the masses of the cardiomyocytes selected by culturing the cells under a serum-free / slightly acidic / low-calcium / sugar-free condition and supplemented with lactic acid.
Figura 13 mostra os cardiomiócitos purificados pelo cultivo das células sob uma condição sem soro/levemente ácida/com pouco cálcio/sem açúcar e uma suplementada com ácido aspártico/ácido glutâmico.Figure 13 shows the cardiomyocytes purified by culturing the cells under a serum-free / slightly acidic / low-calcium / sugar-free condition and one supplemented with aspartic acid / glutamic acid.
Figura 14 mostra os resultados da purificação dos cardiomiócitos das células-tronco da medula óssea.Figure 14 shows the results of the purification of cardiomyocytes from bone marrow stem cells.
Figura 15 mostra os resultados da purificação dos cardiomiócitos dos fetos.Figure 15 shows the results of purification of fetal cardiomyocytes.
Figura 16 mostra regiões contendo células pulsantes autonomicamente sob uma condição sem soro/levemente ácida/com pouco cálcio/sem açúcar e uma suplementada com ácido pirúvico.Figure 16 shows regions containing autonomously pulsating cells under a serum-free / slightly acidic / low-calcium / sugar-free condition and one supplemented with pyruvic acid.
Figura 17 mostra as massas de cardiomiócitos de sagui, os quais são selecionados pelo cultivo das células por 15 dias sob uma condição sem açúcar/sem soro e uma suplementada com ácido lático.Figure 17 shows the masses of marmoset cardiomyocytes, which are selected by culturing the cells for 15 days under a sugar-free / serum-free condition and one supplemented with lactic acid.
Figura 18 mostra imagens de manchamento específicas de cardiomiócitos para células de sagüi as quais são selecionadas e coletadas pelo cultivo das células sob uma condição sem açúcar/sem soro e uma suplementada com ácido lático.Figure 18 shows specific staining images of cardiomyocytes for marmoset cells which are selected and collected by culturing the cells under a sugar-free / serum-free condition and one supplemented with lactic acid.
Figura 19 mostra que a células de sagüi, as quais são selecionadas e coletadas pelo cultivo sob uma condição sem açúcar/livre de soro e uma suplementada com ácido lático são enxertadas com sucesso no coração de um receptor.Figure 19 shows that marmoset cells, which are selected and collected by cultivation under a sugar-free / serum-free condition and one supplemented with lactic acid, are successfully grafted into the heart of a recipient.
Figura 20 mostra imagens das massas celulares derivadas de células-tronco embrionárias humanas, as quais foram obtidas pelo cultivo sob uma condição contendo açúcar (controle) (isto é, condição de controle) e a aparência das massas celulares derivadas das células-tronco embrionárias humanas, as quais foram obtidas pela cultura seletiva de cardiomiócito sob uma condição sem açúcar (seleção de cardiomiócito) por 15 dias (isto é, condição de seleção de cardiomiócito).Figure 20 shows images of cell masses derived from human embryonic stem cells, which were obtained by cultivation under a condition containing sugar (control) (ie, control condition) and the appearance of cell masses derived from human embryonic stem cells , which were obtained by selective cardiomyocyte culture under a sugar-free condition (cardiomyocyte selection) for 15 days (ie, cardiomyocyte selection condition).
Figura 21 mostra imagens de imunomarcação das massas celulares derivadas das células-tronco embrionárias humanas usando um anticorpo antiactinina e um anticorpo anti-Nkx2.5, em que as massas celulares foram formadas pelos cardiomiócitos os quais reiniciam a pulsação autonômica. As massas celulares foram preparadas pelo cultivo das células-tronco embrionárias humanas sob uma condição sem açúcar (seleção de cardiomiócito) por 15 dias e, a seguir, pela alteração da condição do meio de cultura.Figure 21 shows immunomarking images of cell masses derived from human embryonic stem cells using an anti-acetin antibody and an anti-Nkx2.5 antibody, in which cell masses were formed by cardiomyocytes which restart the autonomic pulse. Cell masses were prepared by culturing human embryonic stem cells under a sugar-free condition (cardiomyocyte selection) for 15 days and then by changing the condition of the culture medium.
MODALIDADES DE IMPLEMENTAÇÃO DA INVENÇÃOMODALITIES FOR IMPLEMENTING THE INVENTION
Um tratamento apropriado para induzir a diferenciação de cardiomiócitos geralmente causa a diferenciação das células-tronco com uma capacidade de se diferenciar nos cardiomiócitos (isto é, células-tronco embrionárias e células-tronco adultas, tais como células-tronco da medula óssea) nos cardiomiócitos. É possível induzir a diferenciação das célulastronco embrionárias nos cardiomiócitos usando o método de gota suspensa, no qual, por exemplo, as células-tronco embrionárias de camundongo são incubadas na cultura de suspensão sob uma condição na ausência do fator inibitório de leucemia (LIF) para formar uma massa celular (um corpo embrióide). Também, da mesma forma, as células-tronco embrionárias de sagüi ou as células-tronco embrionárias humanas podem ser usadas para induzir a diferenciação das células-tronco embrionárias nos cardiomiócitos.An appropriate treatment to induce cardiomyocyte differentiation generally causes stem cells to differentiate with an ability to differentiate into cardiomyocytes (i.e., embryonic stem cells and adult stem cells, such as bone marrow stem cells) in cardiomyocytes . It is possible to induce the differentiation of embryonic stem cells into cardiomyocytes using the drop-drop method, in which, for example, mouse embryonic stem cells are incubated in the suspension culture under a condition in the absence of the leukemia inhibitory factor (LIF) for form a cell mass (an embryoid body). Also, similarly, marmoset embryonic stem cells or human embryonic stem cells can be used to induce differentiation of embryonic stem cells in cardiomyocytes.
O presente método pode ser aplicado às células-tronco derivadas de qualquer espécie de mamífero. Por exemplo, os exemplos da espécie de mamífero da qual as células-tronco são derivadas, usadas no presente método incluem, porém não estão limitadas, ao camundongo, vaca, cabra, cachorro, gato, sagüi, macaco rhesus, humano e assim por diante. Os exemplos das células-tronco usadas para a presente invenção incluem células ES de mamíferos, as quais são amplamente usadas na técnica como células ES de camundongo, células ES de macaco e células ES humanas.The present method can be applied to stem cells derived from any species of mammal. For example, examples of the mammalian species from which stem cells are derived, used in the present method include, but are not limited to, the mouse, cow, goat, dog, cat, marmoset, rhesus monkey, human and so on . Examples of stem cells used for the present invention include mammalian ES cells, which are widely used in the art as mouse ES cells, monkey ES cells and human ES cells.
Os exemplos específicos das células ES de camundongo incluem células EB3, células E14, células D3, células CCE, células R1, células 129SV, células J1 e assim por diante. As células ES de camundongo usadas para a presente invenção são disponíveis da American Type Culture Collection (ATCC), Chemicon, e Cell & Molecular Technologies, e assim por diante.Specific examples of mouse ES cells include EB3 cells, E14 cells, D3 cells, CCE cells, R1 cells, 129SV cells, J1 cells and so on. The mouse ES cells used for the present invention are available from the American Type Culture Collection (ATCC), Chemicon, and Cell & Molecular Technologies, and so on.
Os exemplos das células ES de macaco incluem células ES estabelecidas de macaco rhesus (Macaca mulattá) (thomson et al., Proc. Natl.Examples of monkey ES cells include established ES cells from rhesus monkey (Macaca mulattá) (Thomson et al., Proc. Natl.
Acad. Sci. USA 1995; 92: 7844), células ES estabelecidas de macaco cinomólogo (Macaca fascicularis) (Suemori et al., Dev. Dyn. 2001; 222; 273 a 279) e células ES estabelecidas de sagüis comuns (Callithrix jacchus) (Sasaki et al., Stem Cells. 2005; 23: 1304 a 1313), as quais são todas disponíveis da técnica. Por exemplo, as células ES de sagüi são disponíveis do Central Institute for Experimental Animals (Kawasaki, Japão).Acad. Sci. USA 1995; 92: 7844), established ES cells of a cynomologist monkey (Macaca fascicularis) (Suemori et al., Dev. Dyn. 2001; 222; 273 to 279) and established ES cells of common marmosets (Callithrix jacchus) (Sasaki et al., Stem Cells. 2005; 23: 1304 to 1313), which are all available in the art. For example, marmoset ES cells are available from the Central Institute for Experimental Animals (Kawasaki, Japan).
Até o momento, várias dúzias de células ES humanas foram estabelecidas no mundo, e uma quantidade de linhagens celulares ES humanas são registradas na lista do Instituto Nacional de Saúde dos Estados Unidos (United States National Institute of Health) (HTTP://stemcells.nih.qov/reQistry/index.asp) e estão disponíveis. Nos Estados Unidos, algumas linhagens celulares ES humanas também são comercialmente disponíveis de Cellartis, ES Cell International, Wisconsin Alumni Research Foundation, e etc. Também no Japão, algumas linhagens de células ES humanas são disponíveis do Centro de Pesquisa de Células-tronco (o Institute for Frontier medical Sciences, Universidade de Kyoto) (Suemori et al., Biochem. Biophys. Res. Commun., 2006; 345: 926 a 932).To date, several dozen human ES cells have been established worldwide, and a number of human ES cell lines are registered on the United States National Institute of Health (HTTP: // stemcells) list. nih.qov / reQistry / index.asp) and are available. In the United States, some human ES cell lines are also commercially available from Cellartis, ES Cell International, Wisconsin Alumni Research Foundation, and etc. Also in Japan, some human ES cell lines are available from the Stem Cell Research Center (the Institute for Frontier medical Sciences, Kyoto University) (Suemori et al., Biochem. Biophys. Res. Commun., 2006; 345 : 926 to 932).
Além disso, as células ES de vaca (Mitalipova et al., Cloning 2001; 3: 59 a 67), células ES de galinha (Petittc et al., Meeh. Dev. 2004; 121: 1159 a 1168) e células ES de peixe paulistinha (zebrafish) (Fishman, M. C. Science 2001; 294: 1290 a 1291) também foram estabelecidas.In addition, cow ES cells (Mitalipova et al., Cloning 2001; 3: 59 to 67), chicken ES cells (Petittc et al., Meeh. Dev. 2004; 121: 1159 to 1168) and ES cells from fish paulistinha (zebrafish) (Fishman, MC Science 2001; 294: 1290 to 1291) were also established.
De um modo geral, as células ES são estabelecidas pelo cultivo de embriões prematuros. Em adição a este método, é possível produzir células ES do embrião prematuro as quais sofrem o transplante de núcleo do núcleo de células somáticas (Munsie et al., Curr. Biol. 10: 989, 2000; Wakayama et al., Science 292: 740, 2001; Hwang et al., Science 303: 1669, 2004). Também há alguns relatórios que tentam isolar células-troncos como se segue: um método para produzir células ES das células embrionárias partenogenéticas as quais são desenvolvidas até um estágio equivalente ao estágio de blastocisto (Publicação de Patente Americana N°. 02/168763; Vrana et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100: 11911-6, 2003) e um método para produzir células ES com informação genética originalmente contida no núcleo de células somáticas pela fusão das células ES e das células somáticas (WO 00/49137; Tada et al., Curr. Biol. 11: 1553, 2001). Os exemplos das células ES usadas na presente invenção incluem células ES preparadas pelo método descrito acima ou células nas quais um ou mais genes no cromossomo das células ES são alterados pela técnica de engenharia genética.In general, ES cells are established by the cultivation of premature embryos. In addition to this method, it is possible to produce ES cells from the premature embryo which undergo the somatic cell nucleus transplant (Munsie et al., Curr. Biol. 10: 989, 2000; Wakayama et al., Science 292: 740, 2001; Hwang et al., Science 303: 1669, 2004). There are also some reports that attempt to isolate stem cells as follows: a method for producing ES cells from parthenogenetic embryonic cells which are developed to a stage equivalent to the blastocyst stage (American Patent Publication No. 02/168763; Vrana et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100: 11911-6, 2003) and a method for producing ES cells with genetic information originally contained in the nucleus of somatic cells by the fusion of ES cells and somatic cells (WO 00 / 49137; Tada et al., Curr. Biol. 11: 1553, 2001). Examples of ES cells used in the present invention include ES cells prepared by the method described above or cells in which one or more genes on the ES cell chromosome are altered by the genetic engineering technique.
Além disso, os exemplos das células-tronco usadas no método da presente invenção incluem não somente células ES, mas também quaisquer células-tronco com características similares àquelas das células ES, as quais são derivadas de células de órgãos ou tecidos adultos mamíferos, células da medula óssea, células sanguíneas e células de embriões ou fetos. Nesse contexto, a frase características similares àquelas das células ES pode ser definida por características de biologia celular específicas para as células ES (tal como a presença de um marcador de superfície (antígeno) específico para as células ES, a expressão de gene específico de células ES ou uma capacidade de formar teratoma ou camundongo quimérico). Os exemplos específicos das células-tronco com características similares àquelas das células ES incluem células EG produzidas a partir de células germinativas primordiais, células GS produzidas de células germinativas testiculares e células-tronco pluripotentes induzidas (células iPS) produzidas a partir de células somáticas tais como fibroblastos usando uma técnica de engenharia genética especial. É considerado que, nesse método, corpos embrióides depois de 3 a 6 dias do início da indução da diferenciação, induzida pelo cultivo das células-tronco pela cultura de suspensão na ausência de LIF, incluem células de mesoblasto não-diferenciadas e cardiomiócitos programados os quais se diferenciação em cardiomiócitos no futuro. Sabe-se na técnica que, no caso de indução das células-tronco embrionárias, um cardiomiócito aparece depois de 7 dias a partir do início da indução da diferenciação (no caso das células-tronco embrionárias humanas, depois de 10 dias do início da indução da diferenciação). Entretanto, os corpos embrióides preparados dessa forma usando as células-tronco embrionárias incluem não somente os cardiomiócitos descritos acima, porém também as células as quais não têm a capacidade de se diferenciar nos cardiomiócitos (tais como as células não-diferenciadas, as células tipo endotélio-epitélio e as células neuronais). Na presente invenção, quaisquer células diferentes dos cardiomiócitos ou células as quais se diferenciam nos cardiomiócitos no futuro (tais como células de mesoblasto não-diferenciadas, os cardiomiócitos programa5 dos) são referidos como um não-cardiomiócito.In addition, examples of stem cells used in the method of the present invention include not only ES cells, but also any stem cells with characteristics similar to those of ES cells, which are derived from cells of adult mammalian organs or tissues, cells from the bone marrow, blood cells and cells from embryos or fetuses. In this context, the phrase characteristics similar to those of ES cells can be defined by specific cell biology characteristics for ES cells (such as the presence of a specific surface marker (antigen) for ES cells, the expression of a specific cell gene ES or an ability to form teratoma or chimeric mouse). Specific examples of stem cells with characteristics similar to those of ES cells include EG cells produced from primordial germ cells, GS cells produced from testicular germ cells and induced pluripotent stem cells (iPS cells) produced from somatic cells such as fibroblasts using a special genetic engineering technique. It is considered that, in this method, embryoid bodies 3 to 6 days after the start of differentiation induction, induced by the cultivation of stem cells by suspension culture in the absence of LIF, include non-differentiated mesoblast cells and programmed cardiomyocytes which differentiation into cardiomyocytes in the future. It is known in the art that, in the case of induction of embryonic stem cells, a cardiomyocyte appears after 7 days from the start of the induction of differentiation (in the case of human embryonic stem cells, 10 days after the start of induction differentiation). However, embryoid bodies prepared in this way using embryonic stem cells include not only the cardiomyocytes described above, but also cells which are unable to differentiate into cardiomyocytes (such as non-differentiated cells, endothelial cells) -epithelium and neuronal cells). In the present invention, any cells other than cardiomyocytes or cells which differentiate into cardiomyocytes in the future (such as non-differentiated mesoblast cells, programmed cardiomyocytes) are referred to as a non-cardiomyocyte.
Os presentes inventores estudaram os efeitos das condições de cultivo tais como uma condição suplementada com pouco soro, uma condição suplementada com pouca glicose, uma condição nutricionalmente pobre, uma condição com pouco cálcio, uma condição com pH levemente ácido na 10 seleção dos cardiomiócitos, para discriminar especificamente os cardiomiócitos ou células os quais se diferenciam nos cardiomiócitos no futuro a partir de não-cardiomiócitos contidos nos corpos embrióides preparados dessa forma.The present inventors studied the effects of culture conditions such as a condition supplemented with little serum, a condition supplemented with little glucose, a nutritionally poor condition, a condition with little calcium, a condition with slightly acidic pH in the selection of cardiomyocytes, for specifically discriminate the cardiomyocytes or cells which differ in the cardiomyocytes in the future from non-cardiomyocytes contained in the embryoid bodies prepared in this way.
Como resultado, os presentes inventores descobriram que quan15 do uma mistura celular contendo a célula de mesoblasto não-diferenciada, à os cardiomiócitos programados e os cardiomiócitos são cultivados sob uma ou mais condições as quais são selecionadas do grupo consistindo em uma condição suplementada com pouco soro, uma condição suplementada com pouca glicose, uma condição nutricionalmente pobre, uma condição com 20 pouco cálcio, uma condição com pH levemente ácido, sozinhas ou em qualquer combinação, os cardiomiócitos ou células os quais se diferenciam nos cardiomiócitos no futuro são menos sensíveis ao efeito citotóxico em comparação com os não-cardiomiócitos sob tal condição.As a result, the present inventors have found that when a cell mixture containing the non-differentiated mesoblast cell, programmed cardiomyocytes and cardiomyocytes are grown under one or more conditions which are selected from the group consisting of a condition supplemented with little serum , a condition supplemented with low glucose, a nutritionally poor condition, a condition with low calcium, a condition with slightly acidic pH, alone or in any combination, the cardiomyocytes or cells which differ in the cardiomyocytes in the future are less sensitive to the effect cytotoxic compared to non-cardiomyocytes under such condition.
Com base nessa descoberta, na presente invenção, células as 25 quais são viáveis mesmo sob as condições acima foram capazes de ser selecionadas como cardiomiócitos programados e cardiomiócitos de uma mistura celular contendo a célula de mesoblasto não-diferenciada, os cardiomiócitos programados e os cardiomiócitos, pelo cultivo da mistura celular sob a condição de uma condição suplementada com pouca glicose juntamente 30 com qualquer uma ou quaisquer combinações de uma condição suplementada com pouco soro, uma condição nutricional pobre, uma condição com pouco cálcio e uma condição de pH levemente ácida.Based on this discovery, in the present invention, cells which are viable even under the conditions above were able to be selected as programmed cardiomyocytes and cardiomyocytes from a cell mixture containing the non-differentiated mesoblast cell, programmed cardiomyocytes and cardiomyocytes, by culturing the cell mixture under the condition of a low glucose supplemented condition along with any or any combination of a low serum supplemented condition, a poor nutritional condition, a low calcium condition and a slightly acidic pH condition.
O método de seleção acima descrito é para selecionar as células de interesse pelo cultivo da mistura celular sob a condição à qual os cardiomiócitos são fisiologicamente resistentes e, conseqüentemente, é referida como método de seleção baseado na resistência fisiológica. O método de seleção baseado na resistência fisiológica da presente invenção é caracterizado pelo cultivo da mistura celular contendo os cardiomiócitos no meio de cultura sob a condição selecionada de uma condição suplementada com pouca glicose, uma condição suplementada com pouco soro, uma condição nutricional baixa, uma condição com pouco cálcio ou uma condição de pH levemente ácido.The selection method described above is to select the cells of interest for the cultivation of the cell mixture under the condition to which cardiomyocytes are physiologically resistant and, consequently, is referred to as a selection method based on physiological resistance. The selection method based on the physiological resistance of the present invention is characterized by the cultivation of the cell mixture containing the cardiomyocytes in the culture medium under the selected condition of a condition supplemented with little glucose, a condition supplemented with little serum, a low nutritional condition, a low calcium condition or slightly acidic pH condition.
Na presente invenção, o termo uma condição suplementada com pouca glicose é definida como sendo uma condição sob a qual a mistura celular é cultivada no meio de cultura com nível reduzido de açúcares (isto é, grupo de substâncias incluindo polissacarídeos e monossacarídeos (tais como glicose, galactose, frutose, manose), os quais se dissolvem bioquimicamente e convertidos in vivo ou intracelularmente para finalmente serem catabolizados pelo sistema glicolítico). Na modalidade preferida, o termo uma condição suplementada com pouca glicose significa que a mistura celular é cultivada no meio de cultura na ausência dos açúcares acima ou no meio de cultura no qual o nível de açúcar é limitado a menos de 1% em comparação com o nível de açúcares no meio de cultura usado para a indução da diferenciação. Na presente invenção, é desejável eliminar glicose, dentre outros, o tanto quanto for possível para o meio de cultura. Por exemplo, os meios de cultura comercialmente disponíveis os quais são geralmente usados na técnica (tais como a-MEM, MEM, [BBS de Hank], DMEM) contêm 1 g/L de D-glicose (5,56 mM), RPMI 1640 contém 2,0 g/L de D-glicose (11,12 mM) e F-12 de Ham contém 1,82 g/L de D-glicose (10,12 mM), respectivamente. Conseqüentemente, o meio de cultura com o nível de açúcares sendo reduzido até 1% significa o meio de cultura contendo de 55,60 a 111,20 de 55,60 a 111,20 μΜ de açúcares.In the present invention, the term a low-glucose supplemented condition is defined as a condition under which the cell mixture is grown in the low-sugar culture medium (i.e., group of substances including polysaccharides and monosaccharides (such as glucose , galactose, fructose, mannose), which dissolve biochemically and convert in vivo or intracellularly to finally be catabolized by the glycolytic system). In the preferred embodiment, the term a low glucose supplemented condition means that the cell mixture is grown in the culture medium in the absence of the above sugars or in the culture medium in which the sugar level is limited to less than 1% compared to sugar level in the culture medium used to induce differentiation. In the present invention, it is desirable to eliminate glucose, among others, as much as possible for the culture medium. For example, commercially available culture media which are generally used in the art (such as a-MEM, MEM, [Hank's BBS], DMEM) contain 1 g / L of D-glucose (5.56 mM), RPMI 1640 contains 2.0 g / L of D-glucose (11.12 mM) and Ham's F-12 contains 1.82 g / L of D-glucose (10.12 mM), respectively. Consequently, the culture medium with the sugar level being reduced to 1% means the culture medium containing from 55.60 to 111.20 from 55.60 to 111.20 μΜ of sugars.
Os presentes inventores descobriram que, quando a mistura celular é cultivada no meio de cultura sob o nível limitado de açúcares menor do que 1% em comparação com o nível de açúcares geralmente usado na técnica, os não-cardiomiócitos sofrem morte celular, enquanto a célula do mesoblasto não-diferenciada, os cardiomiócitos programados e os cardiomiócitos podem sobreviver no meio de cultura sob tal condição. Na presente invenção, uma condição suplementada com pouca glicose pode ser alcançada pelo uso, por exemplo, de meio de cultura RPMI (livre de açúcar) e meio de cultura DMEM (livre de açúcar) (ambos da GIBCO).The present inventors have found that when the cell mixture is grown in the culture medium under a limited sugar level of less than 1% compared to the level of sugars generally used in the art, non-cardiomyocytes undergo cell death while the cell of the non-differentiated mesoblast, programmed cardiomyocytes and cardiomyocytes can survive in the culture medium under such condition. In the present invention, a supplemented condition with little glucose can be achieved by using, for example, RPMI (sugar-free) culture medium and DMEM (sugar-free) culture medium (both from GIBCO).
Conforme aqui utilizado, o termo componente do soro inclui o próprio soro, componentes de agentes biologicamente ativos contidos no soro animal ou humano e componentes produzidos recombinantemente ou artificialmente do agente biologicamente ativo. No presente relatório descritivo, o termo uma condição suplementada com pouco soro refere-se à condição onde o nível de soro ou o componente do soro, ou os componentes produzidos recombinantemente ou artificialmente do agente biologicamente ativo é limitado a 0% a 10% em comparação com os níveis de soro os quais são suplementados com o meio de cultura usado para obter células de mesoblasto não-diferenciadas é considerado como sendo 100%, e inclui, por exemplo, uma condição sem soro. Consequentemente, um exemplo de uma condição suplementada com pouco soro é o caso quando 10% de soro é suplementado com o meio de cultura para obter as células de mesoblasto não-diferenciadas, a concentração de soro no meio de cultura é limitada a menos de 1% para selecionar os cardiomiócitos programados ou os cardiomiócitos. Os presentes inventores descobriram que, quando os níveis dos componentes de soro contidos no meio de cultura são limitados a menos de 10% em comparação com os níveis dos componentes de soro no meio de cultura geralmente usados na técnica, os não-cardiomiócitos sofrem morte celular, enquanto que a célula não-diferenciada, os cardiomiócitos programados e os cardiomiócitos podem sobreviver no meio de cultura.As used herein, the term serum component includes serum itself, components of biologically active agents contained in animal or human serum and components produced recombinantly or artificially from the biologically active agent. In this specification, the term a condition supplemented with little serum refers to the condition where the serum level or serum component, or the recombinantly or artificially produced components of the biologically active agent is limited to 0% to 10% in comparison with the serum levels which are supplemented with the culture medium used to obtain non-differentiated mesoblast cells is considered to be 100%, and includes, for example, a serum-free condition. Consequently, an example of a condition supplemented with little serum is the case when 10% serum is supplemented with the culture medium to obtain the non-differentiated mesoblast cells, the concentration of serum in the culture medium is limited to less than 1 % to select programmed cardiomyocytes or cardiomyocytes. The present inventors have found that when the levels of serum components contained in the culture medium are limited to less than 10% compared to the levels of serum components in the culture medium generally used in the art, non-cardiomyocytes undergo cell death. , while the non-differentiated cell, programmed cardiomyocytes and cardiomyocytes can survive in the culture medium.
Na presente invenção, o termo uma condição nutricionalmente pobre refere-se à condição onde os níveis de cada componente nutricional contido nos meios de cultura os quais são geralmente usados na técnica (tais como meio de cultura RPMI, meio de cultura DMEM, meio de culturaIn the present invention, the term a nutritionally poor condition refers to the condition where the levels of each nutritional component contained in the culture media which are generally used in the art (such as RPMI culture medium, DMEM culture medium, culture medium
MEM, meio de cultura F12 e meio de cultura a-MEM) são limitados a menos de 10%, em comparação com os níveis dos componentes nutricionais no meio de cultura geralmente usados na técnica. Na presente invenção, é desejável limitar os níveis dos componentes nutricionais até 10%. Os presentes inventores descobriram que, quando os níveis dos componentes nutricionais no meio de cultura são limitados a 10% em comparação com os níveis dos componentes nutricionais no meio de cultura geralmente usado na técnica, os não-cardiomiócitos sofrem morte celular, enquanto que a célula de mesoblasto não-diferenciada, os cardiomiócitos programados e os cardiomiócitos podem sobreviver no meio de cultura. Tal condição nutricional pobre do meio de cultura pode ser preparada pela diluição de 1 volume do meio de cultura geralmente usado na técnica (meio de cultura RPMI, meio de cultura DMEM, meio de cultura MEM, meio de cultura F12 e meio de cultura a-MEM) usando 9 volumes de salina fisiológica (tal como BSS de Hank (sem açúcar) ou PBS).MEM, culture medium F12 and culture medium a-MEM) are limited to less than 10%, compared to the levels of nutritional components in the culture medium generally used in the art. In the present invention, it is desirable to limit the levels of nutritional components to 10%. The present inventors have found that when the levels of nutritional components in the culture medium are limited to 10% compared to the levels of nutritional components in the culture medium generally used in the art, non-cardiomyocytes undergo cell death, while the cell of non-differentiated mesoblast, programmed cardiomyocytes and cardiomyocytes can survive in the culture medium. Such poor nutritional condition of the culture medium can be prepared by diluting 1 volume of the culture medium generally used in the technique (RPMI culture medium, DMEM culture medium, MEM culture medium, F12 culture medium and a- MEM) using 9 volumes of physiological saline (such as Hank's BSS (no sugar) or PBS).
Na presente invenção, o termo uma condição com pouco cálcio refere-se à condição onde a concentração de cálcio contida no meio de cultura varia entre 0,3 e 1,3 mM. O meio de cultura geralmente usado para a diferenciação nos cardiomiócitos (tal como meio de cultura DMEM, meio de cultura MEM e meio de cultura a-MEM) contém concentração de 1,8 mM de cálcio no meio de cultura. É conhecido na técnica que a concentração de cálcio é mantido em torno de 1,8 mM, por todo o período de cultivo para a diferenciação nos cardiomiócitos. Os presentes inventores descobriram que quando a concentração de cálcio no meio de cultura está limitada entre 0,3 a 1,3 mM da concentração de cálcio, os valores dos quais são significativamente mais baixos do que a concentração de cálcio no meio de cultura geralmente usadas na técnica, os não-cardiomiócitos sofrem morte celular, enquanto que a célula de mesoblasto não-diferenciada, os cardiomiócitos programados e os cardiomiócitos podem sobreviver no meio de cultura. O meio de cultura RPMI e o meio de cultura F12 (ambos da GIBCO) podem ser usados como os exemplos do meio de cultura com uma condição com pouco cálcio da presente invenção.In the present invention, the term a low calcium condition refers to the condition where the concentration of calcium contained in the culture medium varies between 0.3 and 1.3 mM. The culture medium generally used for differentiation into cardiomyocytes (such as DMEM culture medium, MEM culture medium and a-MEM culture medium) contains a concentration of 1.8 mM calcium in the culture medium. It is known in the art that the calcium concentration is maintained at around 1.8 mM, throughout the culture period for differentiation in cardiomyocytes. The present inventors have found that when the calcium concentration in the culture medium is limited to 0.3 to 1.3 mM of the calcium concentration, the values of which are significantly lower than the calcium concentration in the culture medium generally used. in the art, non-cardiomyocytes undergo cell death, while the non-differentiated mesoblast cell, programmed cardiomyocytes and cardiomyocytes can survive in the culture medium. The RPMI culture medium and the F12 culture medium (both from GIBCO) can be used as examples of the culture medium with a low calcium condition of the present invention.
Na presente invenção, o termo uma condição de pH levemente ácido refere-se à condição onde o pH do meio de cultura varia entre 6 e 7. Sabe-se da técnica que a condição de pH do meio de cultura geralmente usada para a indução da diferenciação dos cardiomiócitos (tal como meio de cultura RPMI) meio de cultura DMEM, meio de cultura MEM, meio de cultura F12 e meio de cultura a-MEM) é requerida para ser mantida por volta de pH 7,5, a qual é a mesma que a condição fisiológica. O pH do BSS básico é ajustado para ser em torno de pH 6,5 no incubador com CO2 5%. Os presentes inventores descobriram que, quando o pH do meio de cultura é abaixado para pH 6,5, o qual é mais ácido do que o pH do meio de cultura geralmente usado na técnica, os não-cardiomiócitos sofrem morte celular, enquanto que a célula de mesoblasto não-diferenciada, os cardiomiócitos programados e os cardiomiócitos podem sobreviver no meio de cultura. O meio de cultura com uma condição de pH levemente ácida da presente invenção pode ser preparado pelo ajuste do pH do meio de cultura usando a Solução de Sais Balanceada de Hank (BBS de Hank).In the present invention, the term a slightly acidic pH condition refers to the condition where the pH of the culture medium ranges from 6 to 7. It is known in the art that the pH condition of the culture medium generally used for the induction of differentiation of cardiomyocytes (such as RPMI culture medium) DMEM culture medium, MEM culture medium, F12 culture medium and a-MEM culture medium) is required to be maintained at around pH 7.5, which is the same as the physiological condition. The pH of the basic BSS is adjusted to be around pH 6.5 in the 5% CO 2 incubator. The present inventors have found that when the pH of the culture medium is lowered to pH 6.5, which is more acidic than the pH of the culture medium generally used in the art, non-cardiomyocytes undergo cell death, whereas non-differentiated mesoblast cell, programmed cardiomyocytes and cardiomyocytes can survive in the culture medium. The culture medium with a slightly acidic pH condition of the present invention can be prepared by adjusting the pH of the culture medium using Hank's Balanced Salt Solution (Hank's BBS).
Na presente invenção, os cardiomiócitos podem ser purificados mais eficientemente pela exposição da mistura celular acima mencionada a qualquer combinação de duas ou mais condições adequadas do meio de cultura (isto é, o método de seleção baseado na resistência fisiológica).In the present invention, cardiomyocytes can be purified more efficiently by exposing the aforementioned cell mixture to any combination of two or more suitable conditions of the culture medium (i.e., the method of selection based on physiological resistance).
Os presentes inventores descobriram que quando o meio de cultura é privado de açúcares, os não-cardiomiócitos sofreram morte celular nos corpos embrióides derivados das células-tronco embrionárias. Os presentes inventores ainda estudaram um substrato alternativo o qual pode preferivelmente fornecer aos cardiomiócitos uma energia diferente de açúcares, para o propósito de melhorar ainda mais a seletividade da célula de mesoblasto não-diferenciada, os cardiomiócitos programados e os cardiomiócitos contidos nos corpos embrióides.The present inventors have found that when the culture medium is deprived of sugars, the non-cardiomyocytes suffered cell death in the embryoid bodies derived from the embryonic stem cells. The present inventors have also studied an alternative substrate which can preferably provide cardiomyocytes with a different energy than sugars, for the purpose of further improving the selectivity of the non-differentiated mesoblast cell, the programmed cardiomyocytes and the cardiomyocytes contained in the embryoid bodies.
Como resultado, os presentes inventores descobriram que é eficaz suplementar o meio de cultura com ácido lático (lactato, 0,1 a 5 mM), uma combinação de um ácido aspártico (200 a 100 mg/L) e ácido glutâmico (20 a 100 mg/L) ou ácido pirúvico (0,5 a 5 mM), ou qualquer combinações desses no lugar dos açúcares. Baseando-se nessas descobertas, é considerado que tais substituintes de açúcar podem especificamente fornecer aos cardiomiócitos os nutrientes necessários.As a result, the present inventors have found that it is effective to supplement the culture medium with lactic acid (lactate, 0.1 to 5 mM), a combination of an aspartic acid (200 to 100 mg / L) and glutamic acid (20 to 100 mg / L) or pyruvic acid (0.5 to 5 mM), or any combination of these in place of sugars. Based on these findings, it is considered that such sugar substituents may specifically provide cardiomyocytes with the necessary nutrients.
O método de seleção descrito acima é referido como método de seleção baseado em metabolismo, uma vez que o método usa a capacidade metabólica dos cardiomiócitos para selecionar os cardiomiócitos. O método de seleção baseado em metabolismo da invenção é caracterizado pelo cultivo da mistura celular contendo os cardiomiócitos sob uma condição suplementada com ácido láctico, uma condição suplementada com ácido aspártico/ácido glutâmico ou uma condição suplementada com ácido pirúvico.The selection method described above is referred to as the metabolism-based selection method, since the method uses the metabolic capacity of cardiomyocytes to select cardiomyocytes. The metabolism-based selection method of the invention is characterized by culturing the cell mixture containing the cardiomyocytes under a condition supplemented with lactic acid, a condition supplemented with aspartic acid / glutamic acid or a condition supplemented with pyruvic acid.
Na presente invenção, os dois tipos de métodos para selecionar os cardiomiócitos (isto é, o método de seleção baseado na resistência fisiológica e o método de seleção baseado no metabolismo) podem ser usados em combinação para purificar os cardiomiócitos num alto grau de pureza. Também os métodos acima são repetidamente executados para alcançar um grau mais alto de purificação.In the present invention, the two types of methods for selecting cardiomyocytes (i.e., the selection method based on physiological resistance and the selection method based on metabolism) can be used in combination to purify the cardiomyocytes to a high degree of purity. The above methods are also repeatedly performed to achieve a higher degree of purification.
A mistura celular contendo a célula de mesoblasto não-diferenciada, os cardiomiócitos programados e os cardiomiócitos os quais são usados na presente invenção como uma origem dos cardiomiócitos pode também ser preparada a partir das células-tronco ou fetos. Nesse contexto, o termo células-tronco inclui, porém não está limitado, a células totipotentes as quais podem se diferenciarem quaisquer tipos de células (tais como células-tronco embrionárias) e células pluripotentes as quais podem se diferenciar em múltiplos tipos particulares de células (tais como células-tronco adultas da medula óssea).The cell mixture containing the non-differentiated mesoblast cell, the programmed cardiomyocytes and the cardiomyocytes which are used in the present invention as an origin of the cardiomyocytes can also be prepared from stem cells or fetuses. In this context, the term stem cells includes, but is not limited to, totipotent cells which can differentiate any cell types (such as embryonic stem cells) and pluripotent cells which can differentiate into multiple particular types of cells ( such as adult bone marrow stem cells).
Acredita-se que, durante a preparação dos cardiomiócitos a partir das células-tronco embrionárias, conforme a diferenciação progride, as células-tronco embrionárias podem se diferenciar no mesoblasto nãodiferenciado, e a seguir subseqüentemente ser modificadas nos cardiomiócitos programados, e finalmente formar os cardiomiócitos. Aqui, célula de mesoblasto não-diferenciada refere-se às células as quais expressam a proteína Brachyury (um marcador específico para as células de mesoblasto não-diferenciadas).It is believed that during the preparation of cardiomyocytes from embryonic stem cells, as differentiation progresses, embryonic stem cells can differentiate into the undifferentiated mesoblast, and then subsequently be modified in the programmed cardiomyocytes, and finally form the cardiomyocytes. . Here, non-differentiated mesoblast cell refers to cells which express the Brachyury protein (a specific marker for non-differentiated mesoblast cells).
Entretanto, cardiomiócitos programados refere-se às células as quais expressam as proteínas específicas de células de mesoblasto nãodiferenciadas, tais como a proteína Brachyury, porém não expressam as proteínas específicas de cardiomiócitos, tais como a Nkx2.5 e Actinina. Os cardiomiócitos programados têm a capacidade de se diferenciar exclusivamente nos cardiomiócitos sem a necessidade de suplementar quaisquer substâncias adicionais no meio de cultura. Cardiomiócitos refere-se a células de pulsação autonômica quando as células são viáveis e também a células expressando alguns marcadores, tais como Nkx2.5, GATA4 e actinina, as quais podem ser detectadas após fixação.However, programmed cardiomyocytes refer to cells which express the specific proteins of undifferentiated mesoblast cells, such as the Brachyury protein, but do not express the specific cardiomyocyte proteins, such as Nkx2.5 and Actinin. Programmed cardiomyocytes have the ability to differentiate exclusively from cardiomyocytes without the need to supplement any additional substances in the culture medium. Cardiomyocytes refer to autonomously pulsed cells when the cells are viable and also to cells expressing some markers, such as Nkx2.5, GATA4 and actinin, which can be detected after fixation.
Por exemplo, quando as células-tronco embrionárias de camundongo são usadas como a origem dos cardiomiócitos, a população celular a qual pode sobreviver sob essas condições de cultivo pode ser selecionada como uma população celular consistindo nos cardiomiócitos programados ou dos cardiomiócitos das células consistindo nos corpos embrióides pelos seguintes passos: indução da diferenciação das células-tronco embrionárias de camundongo pela eliminação de LIF do meio de cultura, a seguir incubação por 4 a 7 dias das células-tronco embrionárias de camundongo para gerar corpos embrióides e o cultivo dos corpos embrióides sob o método de seleção baseado na resistência fisiológica e/ou no método de seleção baseado no metabolismo para selecionar a população de células viável como os cardiomiócitos programados ou os cardiomiócitos.For example, when mouse embryonic stem cells are used as the source of cardiomyocytes, the cell population that can survive under these culture conditions can be selected as a cell population consisting of the programmed cardiomyocytes or the cardiomyocytes of the cells consisting of the bodies embryoid by the following steps: induction of mouse embryonic stem cell differentiation by removing LIF from the culture medium, then incubation for 4 to 7 days of mouse embryonic stem cells to generate embryoid bodies and the cultivation of embryoid bodies under the selection method based on physiological resistance and / or the selection method based on metabolism to select the viable cell population as programmed cardiomyocytes or cardiomyocytes.
A título de exemplo, depois de 5 dias do início da indução de diferenciação, as células foram selecionadas por mais 24 horas sob uma condição suplementada com pouca glicose e qualquer uma ou quaisquer combinações dos quatro tipos de condições (isto é, uma condição suplementada com pouco soro, uma condição nutricional pobre, uma condição com pouco cálcio e uma condição com pH levemente ácido). Embora as célulastronco fossem aquelas sem capacidade de pulsação, a população celular sem capacidade de pulsação foi imunomarcada usando um anticorpo contra Brachyury, o marcador da célula de mesoblasto não-diferenciada, resultando em imagens positivas de Brachyury em quase todas as células. Isso significa que o presente método é um método para selecionar efetivamente as células de mesoblasto não-diferenciadas.For example, after 5 days from the start of the differentiation induction, the cells were selected for an additional 24 hours under a supplemented condition with little glucose and any or any combination of the four types of conditions (that is, a condition supplemented with low serum, poor nutritional condition, low calcium condition and slightly acidic pH). Although stem cells were those without pulsation capacity, the cell population without pulsation capacity was immunostained using an antibody against Brachyury, the non-differentiated mesoblast cell marker, resulting in positive Brachyury images in almost all cells. This means that the present method is a method for effectively selecting non-differentiated mesoblast cells.
Além disso, as células Brachyury positivas foram imunomarcadas usando um anticorpo contra a Nkx2.5 (a qual é um marcador de proteína homeótico de desenvolvimento prematuro atualmente conhecido específico para os cardiomiócitos), resultando em imagens negativas em quase todas as células. Todavia, o cultivo continuado das células resultou na diferenciação de cerca de 80 a 90% das células nos cardiomiócitos. Conseqüentemente, é considerado que as células de mesoblasto não-diferenciadas no método acima são desconhecidas, porém os cardiomiócitos programados mais primitivos.In addition, positive Brachyury cells were immunostained using an antibody against Nkx2.5 (which is a currently known premature developmental homeotic protein marker specific to cardiomyocytes), resulting in negative images in almost all cells. However, the continued culture of the cells resulted in the differentiation of about 80 to 90% of the cells in the cardiomyocytes. Consequently, mesoblast cells not differentiated in the above method are considered to be unknown, but the most primitive programmed cardiomyocytes.
A título de outro exemplo, para selecionar os cardiomiócitos, os corpos embrióides derivados das células-tronco embrionárias depois de 4 a 6 dias do início da indução de diferenciação podem ser cultivados por cerca de 3 dias no meio de cultura sem soro preparado pela mistura de MEM (meio essencial mínimo) [BSS de Hank] (Invitrogen) e um a-MEM (SIGMA) na proporção de MEM [BSS de Hank]:a-MEM = 9:1 a 1:9, suplementado com ITS [insulina (10 mg/L), transferrina (5,5 mg/L) e selenita de sódio (6,7 mg/L)] (GIBCO) (nesse caso, a concentração de cálcio foi de cerca de 1,3 mM). Essa condição de meio de cultura corresponde a uma condição suplementada com pouco soro, uma condição com pouco cálcio e uma condição de pH levemente ácido. Os cardiomiócitos programados preparados dessa forma podem ser continuamente cultivados no mesmo meio de cultura para se diferenciarem nos cardiomiócitos. Quando a manipulação da mistura celular é efetuada depois de 5 dias do início da indução da diferenciação, especialmente depois da indução dos cardiomiócitos de pulsação autonômica, é possível selecionar eficientemente o cardiomiócito pelo simples cultivo em MEM [BSS de Hank] sob uma condição suplementada com pouco soro e uma condição de pH levemente ácido. Os cardiomiócitos preparados dessa forma podem ser continuamente cultivados no meio de cultura misturado de MEM e a-MEM para se diferenciar em músculo atrial e em músculo ventricular.As another example, to select cardiomyocytes, embryoid bodies derived from embryonic stem cells 4 to 6 days after the start of the differentiation induction can be grown for about 3 days in the serum-free culture medium prepared by mixing MEM (minimum essential medium) [Hank's BSS] (Invitrogen) and an a-MEM (SIGMA) in the proportion of MEM [Hank's BSS]: a-MEM = 9: 1 to 1: 9, supplemented with ITS [insulin ( 10 mg / L), transferrin (5.5 mg / L) and sodium selenite (6.7 mg / L)] (GIBCO) (in this case, the calcium concentration was about 1.3 mM). This condition of culture medium corresponds to a condition supplemented with little serum, a condition with little calcium and a condition of slightly acidic pH. Programmed cardiomyocytes prepared in this way can be continuously grown in the same culture medium to differentiate into cardiomyocytes. When the cell mixture is manipulated after 5 days from the start of the differentiation induction, especially after the induction of the autonomic pulse cardiomyocytes, it is possible to efficiently select the cardiomyocyte by simple cultivation in MEM [Hank's BSS] under a condition supplemented with little serum and a slightly acidic pH condition. Cardiomyocytes prepared in this way can be continuously grown in the mixed culture medium of MEM and a-MEM to differentiate into atrial muscle and ventricular muscle.
A título de outro exemplo, os corpos embrióides derivados das células-tronco embrionárias foram lavados usando um meio sem açúcar tal como BSS de Hank (GIBCO) para eliminar completamente açúcares e, a seguir, foram cultivados por 3 a 7 dias no meio de cultura (BSS de Hank [sem açúcar]/DMEM [sem açúcar] = 9:1 sob uma condição suplementada com pouco soro, uma condição nutricional pobre (tal como aquelas preparadas pela diluição de 10 vezes de um meio de cultura comercialmente disponível com solução de tampão isotônico), uma condição de pH levemente ácido e uma condição com pouco cálcio, as quais foram suplementadas com 1 mM de ácido lático (uma condição suplementada com ácido lático), 20 mg/L de ácido aspártico e 20 mg/L de ácido glutâmico (uma condição suplementada com ácido aspártico/ácido glutâmico) ou 1 mM de ácido pirúvico (uma condição suplementada com ácido pirúvico). Como resultado, é possível selecionar eficientemente o cardiomiócito pelo método acima.As another example, embryoid bodies derived from embryonic stem cells were washed using a sugar-free medium such as Hank's BSS (GIBCO) to completely eliminate sugars, and then cultured for 3 to 7 days in the culture medium. (Hank's BSS [without sugar] / DMEM [without sugar] = 9: 1 under a condition supplemented with little serum, a poor nutritional condition (such as those prepared by a 10-fold dilution of a commercially available culture medium with isotonic buffer), a slightly acidic pH condition and a low calcium condition, which were supplemented with 1 mM lactic acid (a condition supplemented with lactic acid), 20 mg / L of aspartic acid and 20 mg / L of acid glutamic (a condition supplemented with aspartic acid / glutamic acid) or 1 mM pyruvic acid (a condition supplemented with pyruvic acid). As a result, you can efficiently select cardio myocyte by the above method.
Numa tentativa de preparar os cardiomiócitos usando as célulastronco resultantes derivadas da medula óssea, os métodos descritos acima também são aplicáveis para selecionar os cardiomiócitos da mistura celular das células-tronco adultas. Aqui, os cardiomiócitos derivados da medula óssea de camundongo foram induzidos usando as células e o método conforme descrito em W001/048151 (PCT/JP00/09323). Em outras palavras, células CMG são cultivadas em IMDM (meio Dulbecco modificado de Iscove) (GIBCO) suplementado com 20% de soro bovino fetal (a respeito do método para estabelecer as células CMG, ver J. Clin. Invest., 1999, Vol. 103, p 697 a 705) cultivado por mais 24 horas num meio de cultura suplementado com uma concentração final de 3 pmol/L de 5-azacitidina (SIGMA), a seguir cultivadas por 2 a 3 semanas no meio de cultura acima sem 5-azacitidina. Como resultado, esse método de seleção permite a indução da diferenciação das células em cardiomiócitos de pulsação autonômica. É possível obter os cardiomiócitos pelo cultivo adicional da mistura celular contendo os cardiomiócitos de pulsação autonômica sob o método de seleção baseado na resistência fisiológica e/ou no método de seleção baseado no metabolismo.In an attempt to prepare cardiomyocytes using the resulting stem cells derived from bone marrow, the methods described above are also applicable for selecting cardiomyocytes from the cell mixture of adult stem cells. Here, cardiomyocytes derived from mouse bone marrow were induced using the cells and the method as described in W001 / 048151 (PCT / JP00 / 09323). In other words, CMG cells are cultured in IMDM (modified Iscove's Dulbecco medium) (GIBCO) supplemented with 20% fetal bovine serum (for the method for establishing CMG cells, see J. Clin. Invest., 1999, Vol. 103, pp 697 to 705) grown for a further 24 hours in a culture medium supplemented with a final concentration of 3 pmol / L of 5-azacytidine (SIGMA), then grown for 2 to 3 weeks in the above culture medium without 5 -azacitidine. As a result, this selection method allows the induction of cell differentiation in autonomously pulsed cardiomyocytes. It is possible to obtain cardiomyocytes by additional cultivation of the cell mixture containing the cardiomyocytes with autonomic pulsation under the selection method based on physiological resistance and / or the selection method based on metabolism.
Além disso, durante a preparação dos cardiomiócitos a partir dos fetos de camundongo, os cardiomiócitos podem ser selecionados e purificados a partir do 7- dia de vida embrionária (o ponto de tempo quando os cardiomiócitos aparecem primeiro; o ponto de tempo corresponde ao dia 16 depois da fertilização no caso de seres humanos) pelo seguinte procedimento: isto é, remoção de modo asséptico dos fetos de camundongo, lavagem deles usando BSS de Hank [sem açúcar] quatro vezes, pipetagem de várias vezes usando uma pipeta de 10 mL para dispersar os fetos para separar as massas celulares, cultivo das massas celulares sob o método de seleção baseado na resistência fisiológica e/ou no método de seleção baseado em metabolismo e seleção dos cardiomiócitos.In addition, during the preparation of cardiomyocytes from mouse fetuses, cardiomyocytes can be selected and purified from the 7th day of embryonic life (the time point when the cardiomyocytes first appear; the time point corresponds to the 16th after fertilization in the case of humans) by the following procedure: that is, aseptically removing the mouse fetuses, washing them using Hank's BSS [sugar free] four times, pipetting several times using a 10 mL pipette to disperse fetuses to separate cell masses, cultivation of cell masses under the selection method based on physiological resistance and / or the selection method based on metabolism and cardiomyocyte selection.
Deste modo, na presente invenção, a mistura celular contendo a célula de mesoblasto não-diferenciada, os cardiomiócitos programados e os cardiomiócitos usados como origem dos cardiomiócitos é cultivada sob o método de seleção baseado na resistência fisiológica e/ou no método de seleção baseado no metabolismo para ganhar massas dos cardiomiócitos, as quais são formadas pela adesão dos cardiomiócitos uns nos outros. Entretanto, uma vez que as massas preparadas dessa forma dos cardiomiócitos são cobertas por uma camada dos não-cardiomiócitos mortos, é necessário eliminar a camada de não-cardiomiócitos mortos das massas antes de transplantar as massas dos cardiomiócitos. Considerando esse assunto os presentes inventores estudaram adicionalmente conforme descrito abaixo.Thus, in the present invention, the cell mixture containing the non-differentiated mesoblast cell, the programmed cardiomyocytes and the cardiomyocytes used as the origin of the cardiomyocytes is grown under the selection method based on physiological resistance and / or the selection method based on the metabolism to gain masses of cardiomyocytes, which are formed by the adhesion of cardiomyocytes to each other. However, since the masses prepared in this way from the cardiomyocytes are covered with a layer of the dead non-cardiomyocytes, it is necessary to eliminate the layer of dead non-cardiomyocytes from the masses before transplanting the masses of the cardiomyocytes. Considering this matter, the present inventors studied further as described below.
Os presentes inventores descobriram ainda que, quando massas celulares são tratadas com um método de dispersão celular geral (tais como aqueles usando enzimas proteolíticas aleatórias tais como Trypsin ou agentes quelantes de íons, tais como EDTA), as células dispersas perdem significativamente a viabilidade das células. Conseqüentemente, existe necessidade por um novo método para eliminar eficientemente as células mortas aderidas na superfície dos corpos embrióides enquanto se mantém as massas dos cardiomiócitos.The present inventors have further discovered that when cell masses are treated with a general cell dispersion method (such as those using random proteolytic enzymes such as Trypsin or ion chelating agents, such as EDTA), the dispersed cells significantly lose cell viability . Consequently, there is a need for a new method to efficiently eliminate dead cells adhered to the surface of embryoid bodies while maintaining the masses of cardiomyocytes.
É geralmente considerado que a conjugação célula-célula é alcançada pela ligação através da matriz extracelular (tal como colágeno, fibronectina e elastina) ou pela ligação direta entre as proteínas de membra na. Os presentes inventores descobriram que a digestão das massas dos cardiomiócitos usando colagenase ou elastase (as quais apresentam uma elevada especificidade para as proteínas de matriz) poderíam eliminar eficientemente os não-cardiomiócitos mortos aderidos na superfície das massas celulares dos cardiomiócitos enquanto mantêm as formas das massas sem serem dispersas em células separadas. A partir dos resultados, a adesão célula-célula entre os cardiomiócitos é formada pela ligação direta através de N-caderina ou conexina.It is generally considered that cell-cell conjugation is achieved by binding through the extracellular matrix (such as collagen, fibronectin and elastin) or by direct binding between membrane proteins. The present inventors have found that digestion of cardiomyocyte masses using collagenase or elastase (which have a high specificity for matrix proteins) could efficiently eliminate dead non-cardiomyocytes adhered to the surface of cardiomyocyte cell masses while maintaining the shapes of the masses without being dispersed in separate cells. From the results, cell-cell adhesion between cardiomyocytes is formed by the direct connection through N-cadherin or connexin.
Na presente invenção, é possível eliminar eficientemente as células mortas, por exemplo, somente pela agitação dos corpos embrióides na presença de 0,01 a 0,1% da colagenase tipo III (Wartington) por 20 minutos em banho-maria de 372C, pela separação das células mortas dos cardiomiócitos, pela repetição da centrifugação e substituição do sobrenadante quatro vezes para remover por lavagem completamente a colagenase e pela obtenção do produto final.In the present invention, it is possible to efficiently eliminate dead cells, for example, only by shaking the embryoid bodies in the presence of 0.01 to 0.1% of collagenase type III (Wartington) for 20 minutes in a 37 2 C water bath. , by separating the dead cells from the cardiomyocytes, by repeating the centrifugation and replacing the supernatant four times to wash the collagenase completely and obtain the final product.
Entretanto, mesmo depois do tratamento da colagenase, os agregados obtidos dessa forma podem possivelmente e indesejavelmente conter as células mortas dos não-cardiomiócitos. Quanto mais longo é efetuada a seleção baseada no metabolismo, mais freqüentemente os agregados contendo células mortas podem aparecer. Examinando a densidade de tais agregados contendo células mortas, os presentes inventores descobriram que a densidade e a gravidade específica das células mortas é maior do que aquelas dás células vivas e também descobriram que as células vivas podem ser separadas das células mortas usando um método de centrifugação por gradiente de densidade adequado. Um agente usado para separar células viáveis das células mortas através do método de centrifugação por gradiente de densidade inclui, porém não está limitado, a Percoll® (Pharmacia), Ficoll™ (Pharmacia), Optiprep (GIBCO).However, even after the treatment of collagenase, the aggregates obtained in this way can possibly and undesirably contain the dead cells of non-cardiomyocytes. The longer the selection based on metabolism is made, the more frequently aggregates containing dead cells can appear. By examining the density of such aggregates containing dead cells, the present inventors found that the density and specific gravity of dead cells is greater than those of living cells and also found that living cells can be separated from dead cells using a centrifugation method. by suitable density gradient. An agent used to separate viable cells from dead cells using the density gradient centrifugation method includes, but is not limited to, Percoll® (Pharmacia), Ficoll ™ (Pharmacia), Optiprep (GIBCO).
EXEMPLOSEXAMPLES
EXEMPLO 1: formação de agregados seletivos de cardiomiócitos pelo cultivo das células-tronco embrionárias de camundongo sob uma condição suplementada com pouco soro ou uma condição sem soroEXAMPLE 1: formation of selective cardiomyocyte aggregates by culturing mouse embryonic stem cells under a condition supplemented with little serum or a condition without serum
Esse Exemplo tem por objetivo estudar o efeito da depleção de soro nas massas celulares contendo os cardiomiócitos (corpos embrióides), mais especificamente o efeito da depleção de soro na seleção dos cardiomiócitos das massas celulares (os corpos embrióides), pelo cultivo das massas celulares (os corpos embriódies) no meio de cultura livre de soro.This Example aims to study the effect of serum depletion on cell masses containing cardiomyocytes (embryoid bodies), more specifically the effect of serum depletion on the selection of cardiomyocytes from cell masses (embryoid bodies), by culturing cell masses ( embryodic bodies) in serum-free culture medium.
As células-tronco embrionárias de camundongo (o nome da linhagem celular é EB3, Nat. Genet. 2000; 24: 372 a 376) foram gentilmente fornecidas pelo Dr. Hitoshi Niwa de RIKEN, Japão. As células-tronco embrionárias humanas são cultivadas por um total de 7 dias usando um método semelhante ao método existente (Differentiation 2001, 68, p31 a 43), isto é, 75 células ES por uma EB foram cultivadas como as massas celulares por um total de 7 dias no meio de cultura [a-MEM (meio mínimo essencial) (SIGMA), FBS 10% (EQUITEC BIO), penicilina 100 unidades/ml_, estreptomicina 50 pg/mL (GIBCO)] usando o método de gota suspensa. Depois da diferenciação nas massas celulares (os corpos embrióides) contendo os cardiomiócitos usando o método acima, os corpos embrióides foram cultivados sem ficarem aderidos na placa de cultura usando o meio de cultura descrito acima por 3 a 5 dias a 372C em 5% de CO2. O método descrito acima é o método de diferenciação de cardiomiócito convencional. Figura 1 mostra a aparência das massas celulares obtidas sob 0 método convencional acima. Aqui, a Figura 1A mostra a aparência microscópica do corpo embrióide; Figura 1B mostra o esboço da região de existência dos cardiomiócitos no corpo embrióide, õ qual foi detectado pela imunomarcação fluorescente específica usando 0 anticorpo antiactinina (SIGMA); e Figura 1C mostra o esboço da região de existência de cardiomiócitos no corpo embrióide, a qual foi identificada pela imunomarcação fluorescente, e foi delineada numa imagem microscópica de contraste de fase da Figura 1A. Conforme mostrado no esquema de um modo de existência dos cardiomiócitos num corpo embrióide aderido (Figura 1D), os cardiomiócitos foram rodeados por outras células e foi difícil de separá-los e purificados do corpo embrióide.The mouse embryonic stem cells (the cell line name is EB3, Nat. Genet. 2000; 24: 372 to 376) were kindly provided by Dr. Hitoshi Niwa from RIKEN, Japan. Human embryonic stem cells are grown by a total of 7 days using a method similar to the existing method (Differentiation 2001, 68, p31 to 43), that is, 75 ES cells per EB were cultured as cell masses for a total of 7 days in the culture medium [a -MEM (minimum essential medium) (SIGMA), FBS 10% (EQUITEC BIO), penicillin 100 units / ml_, streptomycin 50 pg / ml (GIBCO)] using the suspended drop method. After differentiating into the cell masses (the embryoid bodies) containing the cardiomyocytes using the method above, the embryoid bodies were cultured without adhering to the culture plate using the culture medium described above for 3 to 5 days at 37 2 C at 5% of CO2. The method described above is the conventional cardiomyocyte differentiation method. Figure 1 shows the appearance of the cell masses obtained under the conventional method above. Here, Figure 1A shows the microscopic appearance of the embryoid body; Figure 1B shows the sketch of the region of existence of the cardiomyocytes in the embryoid body, which was detected by specific fluorescent immunostaining using the anti-acetin antibody (SIGMA); and Figure 1C shows the outline of the region of cardiomyocytes in the embryoid body, which was identified by fluorescent immunostaining, and was outlined in a phase contrast microscopic image of Figure 1A. As shown in the schematic of a cardiomyocyte mode of existence in an adhered embryoid body (Figure 1D), the cardiomyocytes were surrounded by other cells and it was difficult to separate and purify them from the embryoid body.
Por outro lado, as células-tronco embrionárias de camundongo foram diferenciadas mas massas celulares (os corpos embrióides) contendo os cardiomiócitos sob a mesma condição, foram cultivadas por 5 dias ficando aderidas numa placa de cultura e foram, a seguir, cultivadas por mais 3 dias no meio de cultura sem soro para as células embrióides contendo os cardiomiócitos.On the other hand, mouse embryonic stem cells were differentiated but cell masses (the embryoid bodies) containing cardiomyocytes under the same condition, were cultured for 5 days and adhered to a culture plate and were then cultured for another 3 days in serum-free culture medium for embryoid cells containing cardiomyocytes.
Os resultados estão apresentados na Figura 2. Aqui, a Figura 2A mostra imagens microscópicas dos corpos embrióides aderidos submetidos à cultura seletiva sob a condição acima, e Figura 2B mostra o esboço da região de cardiomiócito de pulsação autonômica nos corpos embrióides a qual foi identificada pela análise de vídeo. Conforme mostrado no esquema de um modo de existência dos cardiomiócitos nos corpos embrióides depois da cultura seletiva (Figura 2C), a população celular dos cardiomiócitos existe na região da superfície dos corpos embrióides, onde os cardiomiócitos foram considerados como estando agregados uns aos outros.The results are shown in Figure 2. Here, Figure 2A shows microscopic images of the adhered embryoid bodies subjected to selective culture under the condition above, and Figure 2B shows the outline of the autonomously pulsed cardiomyocyte region in the embryoid bodies which was identified by video analysis. As shown in the scheme of a way of existence of cardiomyocytes in embryoid bodies after selective culture (Figure 2C), the cardiomyocyte cell population exists in the region of the surface of the embryoid bodies, where the cardiomyocytes were considered to be aggregated to each other.
EXEMPLO 2: Formação dos agregados seletivos de cardiomiócitos programados e formação dos agregados contendo os cardiomiócitos numa alta taxa pela cultivo das células-tronco embrionárias de camundongo sob uma condição suplementada com pouco soro ou uma condição sem soroEXAMPLE 2: Formation of selective aggregates of programmed cardiomyocytes and formation of aggregates containing cardiomyocytes at a high rate by culturing mouse embryonic stem cells under a condition supplemented with little serum or a condition without serum
Esse exemplo visa estudar o efeito da depleção do soro nas massas celulares (os corpos embrióides) contendo os cardiomiócitos programados, mais especificamente o efeito da depleção de soro na seleção dos cardiomiócitos programados das massas celulares (os corpos embrióides), pelo cultivo das massas celulares (os corpos embrióides) contendo os cardlõmiócitos programados no meio de cultura sem soro.This example aims to study the effect of serum depletion on cell masses (the embryoid bodies) containing the programmed cardiomyocytes, more specifically the effect of serum depletion on the selection of programmed cardiomyocytes of the cell masses (the embryoid bodies), by culturing the cell masses (the embryoid bodies) containing the programmed cardiocytes in the serum-free culture medium.
As células-tronco embrionárias de camundongo foram cultivadas por 5 dias usando um método padrão descrito no Exemplo 1 no meio de cultura [a-MEM (SIGMA), FBS 10% (EQUITEC BIO), penicilina/estreptomicina (GIBCO), isto é, 75 células ES por uma EB foram cultivadas como as massas celulares no meio de cultura acima usando o método de gota suspensa por 5 dias a 37eC em 5% de CO2 para formar os corpos embrióides. As células de pulsação autonômica foram observadas nos corpos embrióides em 7 dias após 0 início da cultura de diferenciação das células usando o meio de cultura existente (conforme definido no Exemplo 1). A seguir, depois de 5 dias a partir do início da cultura de diferenciação das células, o estágio quando quaisquer cardiomiócitos de pulsação autonômica não foram observados, as células foram cultivadas sob a condição sem soro por mais 1 dia (24 horas) (os mesmos resultados são produzidos em ambas as situações quando a cultura se iniciou em 4 dias ou 6 dias a partir do início da cultura de diferenciação). Figura 3A mostra a aparência morfológica dos corpos embrióides, os quais forma cultivados na condição suplementada com soro normal por 6 dias, enquanto que a Figura 3B mostra a aparência morfológica dos corpos embrióides aproximadamente no mesmo estágio que na Figura 3A, os quais foram cultivados sob uma condição livre de soro por mais 1 dia (24 horas) no 5S dia a partir do início do cultivo.The mouse embryonic stem cells were cultured for 5 days using a standard method described in Example 1 in the culture medium [a-MEM (SIGMA), FBS 10% (EQUITEC BIO), penicillin / streptomycin (GIBCO), that is, 75 ES cells per EB were cultured as the cell masses in the above culture medium using the drop-drop method for 5 days at 37 ° C and 5% CO2 to form the embryoid bodies. The autonomic pulse cells were observed in the embryoid bodies at 7 days after the start of the cell differentiation culture using the existing culture medium (as defined in Example 1). Then, after 5 days from the start of the cell differentiation culture, the stage when any autonomously pulsed cardiomyocytes were not observed, the cells were cultured under the serum-free condition for 1 more day (24 hours) (the same results are produced in both situations when the culture started in 4 days or 6 days from the start of the differentiation culture). Figure 3A shows the morphological appearance of the embryoid bodies, which were cultured in the condition supplemented with normal serum for 6 days, while Figure 3B shows the morphological appearance of the embryoid bodies at approximately the same stage as in Figure 3A, which were grown under a serum-free condition for an additional 1 day (24 hours) on the 5 S day from the start of cultivation.
Quando as massas celulares mostradas na Figura 3B, as quais foram preparadas pelo cultivo sob uma condição sem soro por um dia adicional (24 horas) no 5- dia do início do cultivo (isto é, pelos seguintes passos: transferência do meio de cultura contendo os corpos embrióides para um tubo de centrífuga seguido pela precipitação espontânea, remoção do sobrenadante, lavagem uma vez usando meio de cultura sem soro [a-MEM (SIGMA), insulina/transferrina/selênio (GIBCO) e penicilina/estreptomicina (GIBCO)], e a seguir pela substituição com o mesmo meio de cultura) foram ainda cultivadas por mais 1 a 4 dias, as células cultivadas são diferenciadas nas massas celulares contendo cardiomiócitos de pulsação autonômica em alto índice. Conseqüentemente, os resultados demonstram que as massas celulares contendo os cardiomiócitos programados, os quais não pulsam autonomicamente porém são programados para se diferenciar nos cardiomiócitos posteriormente, com uma alta proporção podem ser formados pelo cultivo das células-tronco embrionárias de camundongo sob uma condição sem soro por mais 1 dia (24 horas) no 59 dia a partir do início do cultivo. EXEMPLO 3: Inibição seletiva da diferenciação/crescimento das células que não são cardiomiócitos pelo cultivo de células-tronco embrionárias de camundonqo sob uma condição de meio de cultura com pouco cálcioWhen the cell masses shown in Figure 3B, which were prepared by culturing under a serum-free condition for an additional day (24 hours) on the 5th day of the start of cultivation (ie, by the following steps: transfer of the culture medium containing embryoid bodies into a centrifuge tube followed by spontaneous precipitation, removal of the supernatant, washing once using serum-free culture medium [a-MEM (SIGMA), insulin / transferrin / selenium (GIBCO) and penicillin / streptomycin (GIBCO)] , and then by substitution with the same culture medium) were further grown for 1 to 4 days, the cultured cells are differentiated into cell masses containing high-indexed autonomic pulsation cardiomyocytes. Consequently, the results demonstrate that the cell masses containing the programmed cardiomyocytes, which do not pulse autonomously but are programmed to differentiate into cardiomyocytes later, with a high proportion can be formed by culturing mouse embryonic stem cells under a serum-free condition. for 1 more day (24 hours) on the 5 9th day from the beginning of the cultivation. EXAMPLE 3: Selective inhibition of differentiation / growth of cells that are not cardiomyocytes by culturing mouse embryonic stem cells under a low calcium medium condition
Esse exemplo visa o estudo do efeito da concentração de cálcio reduzida nas massas celulares (os corpos embrióides) contendo os cardio26 miócitos, mais especificamente o efeito da concentração de cálcio reduzida na seleção dos cardiomiócitos das massas celulares (os corpos embrióides) pelo cultivo das massas celulares (os corpos embrióides) no meio de cultura sob a concentração de cálcio reduzida.This example aims to study the effect of reduced calcium concentration on cell masses (embryoid bodies) containing cardio26 myocytes, more specifically the effect of reduced calcium concentration on the selection of cardiomyocytes from cell masses (embryoid bodies) by mass culture cells (the embryoid bodies) in the culture medium under reduced calcium concentration.
As células-tronco embrionárias de camundongo foram cultivadas por um total de 7 dias usando um método padrão descrito no Exemplo 1 no meio de cultura [a-MEM (SIGMA), FBS 10% (EQUITEC BIO), penicilina/estreptomicina (GIBCO)], isto é, 75 células ES por uma EB foram cultivadas como amassas celulares no meio de cultura usando o método de gota suspensa por um total de 7 dias para formar corpos embrióides, os quais foram, a seguir, diferenciados em massas celulares (os corpos embrióides) contendo os cardiomiócitos. A concentração de cálcio no meio de cultura para a diferenciação do cardiomiócito foi de 1,8 mM. No caso desse método de cultivo, o conteúdo de cardiomiócitos foi de cerca de 10%, enquanto outras células foram feitas de células não-diferenciadas, das células neuronais e das células epiteliais.The mouse embryonic stem cells were cultured for a total of 7 days using a standard method described in Example 1 in the culture medium [a-MEM (SIGMA), 10% FBS (EQUITEC BIO), penicillin / streptomycin (GIBCO)] , that is, 75 ES cells per EB were cultured as cell mixtures in the culture medium using the suspended drop method for a total of 7 days to form embryoid bodies, which were then differentiated into cell masses (the bodies embryoid) containing the cardiomyocytes. The concentration of calcium in the culture medium for differentiating the cardiomyocyte was 1.8 mM. In the case of this culture method, the cardiomyocyte content was about 10%, while other cells were made up of non-differentiated cells, neuronal cells and epithelial cells.
Por outro lado, nesse Exemplo, 75 células ES de camundongo por uma EB foram cultivadas como as massas celulares por 5 dias no meio de cultura [a-MEM (SIGMA), FBS 10% (EQUITEC BIO), penicilina/estreptomicina (GIBCO)] para formar os corpos embrióides usando o método de gota suspensa, as quais foram a seguir aderidas na placa de cultivo, e adicionalmente cultivadas no mesmo meio de cultura por mais 1 dia (24 horas). A seguir, 6 dias depois do início da cultura de diferenciação, isto é, 1 dia (24 horas) depois de aderir os corpos embrióides na placa, no grupo de controle, os corpos embrióides foram cultivados em meio de cultura RPMI (concentração de cálcio de 1,8 mM) suplementado com FBS 10% pelo dia 8 de cultivo (Figura 4A), enquanto que no grupo experimental, os corpos embrióides foram cultivados em meio de cultura RPMI (concentração de cálcio de 0,4 mM; GIBCO) suplementado com FBS 10% (Figura 4B). Como resultado, em comparação com os corpos embrióides não-tratados, no caso dos corpos embrióides tratados com uma condição com pouco cálcio, o crescimento de células de forma plana foi suprimido ao redor da periferia dos corpos embri óides, ou a diferenciação dos corpos embrióides nas células neuronais foi inibida (Figura 4B).On the other hand, in this Example, 75 mouse ES cells per EB were cultured as cell masses for 5 days in the culture medium [a-MEM (SIGMA), 10% FBS (EQUITEC BIO), penicillin / streptomycin (GIBCO) ] to form the embryoid bodies using the suspended drop method, which were then adhered to the culture plate, and additionally grown in the same culture medium for an additional day (24 hours). Then, 6 days after the start of the differentiation culture, that is, 1 day (24 hours) after adhering the embryoid bodies to the plate, in the control group, the embryoid bodies were cultured in RPMI culture medium (calcium concentration 1.8 mM) supplemented with 10% FBS for day 8 of culture (Figure 4A), while in the experimental group, the embryoid bodies were cultured in RPMI culture medium (calcium concentration of 0.4 mM; GIBCO) supplemented with 10% FBS (Figure 4B). As a result, compared to untreated embryoid bodies, in the case of embryoid bodies treated with a low calcium condition, flat cell growth has been suppressed around the periphery of the embryoid bodies, or the differentiation of embryoid bodies neuronal cells were inhibited (Figure 4B).
EXEMPLO 4: Seleção dos cardiomiócitos programados a partir das célulastronco embrionárias de camundongo sob uma condição sem soro/levemente ácidaEXAMPLE 4: Selection of programmed cardiomyocytes from mouse embryonic stem cells under a serum-free / slightly acidic condition
Esse Exemplo visa o estudo do efeito complexo da depleção de soro e uma condição de pH levemente ácida nas massas celulares (os corpos embrióides) contendo os cardiomiócitos programados, mais especificamente o efeito complexo da depleção de soro e de um pH levemente ácido na seleção dos cardiomiócitos programados das massas celulares (os corpos embrióides), pelo cultivo das massas celulares (os corpos embrióides) no meio de cultura sob uma condição sem soro e de um pH levemente ácido.This Example aims to study the complex effect of serum depletion and a slightly acidic pH condition on cell masses (the embryoid bodies) containing the programmed cardiomyocytes, more specifically the complex effect of serum depletion and a slightly acidic pH in the selection of programmed cardiomyocytes of the cell masses (the embryoid bodies), by culturing the cell masses (the embryoid bodies) in the culture medium under a condition without serum and a slightly acidic pH.
Nesse Exemplo, 75 células ES de camundongo por uma EB foram cultivadas como as massas celulares por 5 dias a partir do início da diferenciação no meio de cultura [a-MEM (SIGMA), FBS 10% (EQUITEC BIO), penicilina/estreptomicina (GIBCO)] usando o método de gota suspensa para formar corpos embrióides, os quais foram, a seguir, diferenciados nas massas celulares (os corpos embrióides) contendo os cardiomiócitos programados. Nesse Exemplo, 5 dias depois do início da cultura de diferenciação das células, o estágio onde quaisquer cardiomiócitos de pulsação autonômica ainda não foram observados, as células foram ainda cultivadas em MEM (meio essencial mínimo) (GIBCO) suplementado com insulina/transferrina/selênio (GIBCO) por mais 1 dia (24 horas) de meio de cultura (os mesmos resultados são produzidos em ambas as situações quando a cultura foi iniciada em 4 dias ou 6 dias a partir do início da cultura de diferenciação). Uma vez que a condição de pH desse meio de cultura é ajustada para estar em torno de pH 6,5 sob uma condição de 5% de CO2, as células foram cultivadas no meio de cultura levemente ácido sob uma condição de 5% de CO2.In this Example, 75 mouse ES cells per EB were cultured as cell masses for 5 days from the start of differentiation in the culture medium [a-MEM (SIGMA), 10% FBS (EQUITEC BIO), penicillin / streptomycin ( GIBCO)] using the drop-drop method to form embryoid bodies, which were then differentiated into cell masses (the embryoid bodies) containing the programmed cardiomyocytes. In this Example, 5 days after the start of the cell differentiation culture, the stage where any autonomic pulsed cardiomyocytes have not yet been observed, the cells were still cultured in MEM (minimal essential medium) (GIBCO) supplemented with insulin / transferrin / selenium (GIBCO) for 1 more day (24 hours) of culture medium (the same results are produced in both situations when the culture started in 4 days or 6 days from the start of the differentiation culture). Since the pH condition of this culture medium is adjusted to be around pH 6.5 under a condition of 5% CO 2 , the cells were cultured in the slightly acidic culture medium under a condition of 5% CO 2 .
A cultura resultou na formação de massas celulares contendo os cardiomiócitos programados sem a pulsação autonômica numa taxa eleva da. Figura 5A mostra a aparência morfológica do corpo embrióide aderido o qual foi cultivado na condição suplementada com soro normal, Figura 5B mostra a aparência morfológica do corpo embrióide, o qual foi cultivado por 1 dia (24 horas) sob uma condição sem soro, e Figura 5C mostra a aparência morfológica do corpo embrióide o qual foi cultivado por 2 dias (48 horas) sob uma condição sem soro, respectivamente. Sob a condição apresentada na Figura 5C, as células adjacentes à superfície do corpo embrióide sofreram seletivamente morte celular, enquanto que as células na parte central do corpo embrióide não sofreram morte celular (Figura 5). Figura 5D mostra o esboço da região dos cardiomiócitos programados baseando-se na análise mostrada na Figura 5C, e também mostra as células mortas indicadas pelas setas.The culture resulted in the formation of cell masses containing the cardiomyocytes programmed without the autonomic pulse at a high rate. Figure 5A shows the morphological appearance of the adhered embryoid body which was grown in the condition supplemented with normal serum, Figure 5B shows the morphological appearance of the embryoid body, which was cultured for 1 day (24 hours) under a condition without serum, and Figure 5C shows the morphological appearance of the embryoid body which was cultured for 2 days (48 hours) under a serum-free condition, respectively. Under the condition shown in Figure 5C, cells adjacent to the surface of the embryoid body selectively suffered cell death, while cells in the central part of the embryoid body did not suffer cell death (Figure 5). Figure 5D shows the outline of the programmed cardiomyocyte region based on the analysis shown in Figure 5C, and also shows the dead cells indicated by the arrows.
Os inventores obtiveram dois tipos de massas celulares nesse Exemplo: um tipo de massa celular foi selecionada pelo cultivo dos corpos embrióides depois de 5 dias a partir de sua formação por mais 24 horas sob uma condição sem soro/de pH levemente ácido; o outro tipo de massa celular foi selecionado pelo cultivo adicional das massas celulares obtidas acima por mais 3 dias (72 horas). As seções congeladas dessas massas celulares foram preparadas por imunomarcação usando um anticorpo anti-Brachyury (Santacruz) contra a proteína Brachyury (a qual é um marcador de células de mesoblasto não-diferenciado) (Figs. 6A a 6D). Como resultado, a proporção das células Brachyury positivas cultivadas por 24 hortas sob uma condição sem sorõ/de pH levemente ácido (Figs. 6B e 6D) foi significativamente maior em comparação com aquela das células Brachyury positivas cultivadas por 24 horas no meio de cultura contendo soro suplementado e na condição de pH natural (Figs. 6A e 6C). Quase todas as células das massas celulares selecionadas pelo cultivo por mais 3 dias são células Brachyury positivas (dados não apresentados). As massas celulares cultivadas por mais 3 dias foram imunomarcadas usando um anticorpo contra Nkx2.5 (anticorpo anti-Nkx2.5 (Santacruz)) (Figs. 6E a 6N). Acredita-se que o marcador Nkx2.5 seja um marcador de desenvolvimento inicial expresso nos cardiomiócitos programados e é conhecido por ser continuamente expresso nos car diomiócitos diferenciados. Figs. 6E a H mostram a aparência morfológica dos corpos embrióides (EB), os quais foram preparados pelo cultivo por 24 horas no meio de cultura contendo soro e o pH neutro, seguido pelo cultivo por mais 3 dias no mesmo meio de cultura. É mostrado que uma parte das células dentro do EB foi diferenciada nos cardiomiócitos sob essas condições de cultivo. Além disso, a proporção das células diferenciadas nos cardiomiócitos foi similar àquela das células Brachyury positivas (Figs. 6A e 6C). Por outro lado, no caso de EBs as quais foram cultivadas por 24 horas sob uma condição de pH sem soro/levemente ácida (mostrada nas Figs. 6I a N), a proporção das células diferenciadas nos cardiomiócitos foi considerada como sendo tão grande quanto 80% da quantidade total das células, a qual também foi semelhante àquela das células Brachyury positivas (Figs. 6B e 6D).The inventors obtained two types of cell masses in this Example: a type of cell mass was selected by culturing the embryoid bodies after 5 days from their formation for another 24 hours under a slightly acidic / serum-free condition; the other type of cell mass was selected by the additional cultivation of the cell masses obtained above for another 3 days (72 hours). Frozen sections of these cell masses were prepared by immunostaining using an anti-Brachyury antibody (Santacruz) against the Brachyury protein (which is a non-differentiated mesoblast cell marker) (Figs. 6A to 6D). As a result, the proportion of positive Brachyury cells cultured by 24 gardens under a slightly acidic / slightly acidic condition (Figs. 6B and 6D) was significantly higher compared to that of positive Brachyury cells cultured for 24 hours in the culture medium containing supplemented serum and in the condition of natural pH (Figs. 6A and 6C). Almost all cells of the cell masses selected by the culture for another 3 days are positive Brachyury cells (data not shown). Cell masses cultured for an additional 3 days were immunostained using an antibody against Nkx2.5 (anti-Nkx2.5 antibody (Santacruz)) (Figs. 6E to 6N). The Nkx2.5 marker is believed to be an initial development marker expressed in programmed cardiomyocytes and is known to be continuously expressed in differentiated car diomyocytes. Figs. 6E to H show the morphological appearance of the embryoid bodies (EB), which were prepared by cultivation for 24 hours in the culture medium containing serum and neutral pH, followed by cultivation for another 3 days in the same culture medium. It is shown that a part of the cells within the EB was differentiated in the cardiomyocytes under these culture conditions. In addition, the proportion of differentiated cells in cardiomyocytes was similar to that of positive Brachyury cells (Figs. 6A and 6C). On the other hand, in the case of EBs which were cultured for 24 hours under a pH-free serum / slightly acidic condition (shown in Figs. 6I to N), the proportion of differentiated cells in the cardiomyocytes was considered to be as large as 80 % of the total amount of cells, which was also similar to that of positive Brachyury cells (Figs. 6B and 6D).
As células selecionadas pelo procedimento de 5 dias + 1 dia (24 horas) foram positivas para o anticorpo anti-Brachyury, porém foram negativas para o anticorpo anti-Nkx2.5 (Figs. 6, linhas O e P). Enquanto isso, as massas celulares selecionadas pelo procedimento de 5 dias + 1 dia (24 horas) + 3 dias foram negativas para o anticorpo anti-Brachyury, porém foram positivas para o anticorpo anti-Nkx2.5.The cells selected by the procedure of 5 days + 1 day (24 hours) were positive for the anti-Brachyury antibody, but were negative for the anti-Nkx2.5 antibody (Figs. 6, lines O and P). Meanwhile, the cell masses selected by the procedure of 5 days + 1 day (24 hours) + 3 days were negative for the anti-Brachyury antibody, but were positive for the anti-Nkx2.5 antibody.
Deste modo, as massas celulares contendo os cardiomiócitos de pulsação autonômica numa alta taxa foram diferenciados pelo cultivo dessas massas celulares por mais 1 a 4 dias. Conseqüentemente, as células selecionadas pelo procedimento de 5 dias + 1 dia (24 horas) foram confirmadas como sendo cardiomiócitos programados.Thus, the cell masses containing the cardiomyocytes of autonomic pulsation at a high rate were differentiated by the cultivation of these cell masses for another 1 to 4 days. Consequently, the cells selected by the 5 day + 1 day (24 hour) procedure were confirmed to be programmed cardiomyocytes.
EXEMPLO 5. Seleção dos cardiomiócitos a partir das células-tronco embrionárias de camundonqo pelo cultivo sob uma condição sem soro/de pH levemente ácidoEXAMPLE 5. Selection of cardiomyocytes from mouse embryonic stem cells by culturing under a serum-free / slightly acidic pH condition
Esse Exemplo visa o estudo do efeito complexo de uma condição de depleção de soro e de pH levemente ácido nas massas celulares (os corpos embrióides) contendo os cardiomiócitos, mais especificamente o efeito complexo de uma depleção de soro e de uma condição de pH levemente ácido na seleção dos cardiomiócitos das massas celulares (os corpos embri30 óides) pelo cultivo das massas celulares (os corpos embrióides) no meio de cultura sem soro sob uma condição de pH levemente ácido.This Example aims to study the complex effect of a condition of serum depletion and mildly acidic pH in the cell masses (the embryoid bodies) containing the cardiomyocytes, more specifically the complex effect of a serum depletion and a slightly acidic pH condition in the selection of cardiomyocytes from cell masses (the embryoid bodies) by culturing the cell masses (the embryoid bodies) in the serum-free culture medium under a slightly acidic pH condition.
Nesse Exemplo, 75 células ES de camundongo por uma EB foram cultivadas como as massas celulares por 5 dias a partir do início da diferenciação no meio de cultura [a-MEM (SIGMA), FBS 10% (EQUITEC BIO), penicilina/estreptomicina (GIBCO)] usando o método de gota suspensa para formar corpos embrióides, os quais foram, a seguir, diferenciados nas massas celulares (os corpos embrióides) contendo os cardiomiócitos programados. Nesse Exemplo, depois de 5 dias do início da cultura de diferenciação das células, o estágio quando quaisquer cardiomiócitos de pulsação autonômica não foram ainda observados, as células foram ainda cultivadas no meio de cultura MEM sem soro (GIBCO) suplementado com insulina/transferrina/selênio (GIBCO) por mais 2 dias (os mesmos resultados são produzidos em ambas as situações quando a cultura foi iniciada em 4 dias ou dias a partir do início da cultura de diferenciação). As massas celulares dos cardiomiócitos programados obtidas dessa forma foram ainda cultivadas por mais 2 dias para se diferenciar nos cardiomiócitos. Figura 7A mostra uma imagem de microscópio da massa de cardiomiócitos preparada dessa forma, e Figura 7B mostra um esquema da aparência lateral do corpo embrióide da Figura 7A.In this Example, 75 mouse ES cells per EB were cultured as cell masses for 5 days from the start of differentiation in the culture medium [a-MEM (SIGMA), 10% FBS (EQUITEC BIO), penicillin / streptomycin ( GIBCO)] using the drop-drop method to form embryoid bodies, which were then differentiated into cell masses (the embryoid bodies) containing the programmed cardiomyocytes. In this Example, after 5 days from the beginning of the cell differentiation culture, the stage when any autonomously pulsed cardiomyocytes have not yet been observed, the cells were still cultured in MEM culture medium without serum (GIBCO) supplemented with insulin / transferrin / selenium (GIBCO) for 2 more days (the same results are produced in both situations when the culture started in 4 days or days from the start of the differentiation culture). The cell masses of the programmed cardiomyocytes obtained in this way were further cultivated for another 2 days to differentiate into the cardiomyocytes. Figure 7A shows a microscope image of the mass of cardiomyocytes prepared in this way, and Figure 7B shows a schematic of the lateral appearance of the embryoid body of Figure 7A.
Sob a condição acima, as células diferentes dos cardiomiócitos sofreram seletivamente morte celular, enquanto que os cardiomiócitos exibem uma pulsação forte e autonômica sem sofrer morte celular. Como resultado, as massas celulares contendo uma alta proporção de cardiomiócitos são geradas nesse Exemplo (Figura 7A e Figura 7B).Under the above condition, cells other than cardiomyocytes selectively suffered cell death, while cardiomyocytes exhibit a strong, autonomic pulse without suffering cell death. As a result, cell masses containing a high proportion of cardiomyocytes are generated in this Example (Figure 7A and Figure 7B).
EXEMPLO 6: Seleção dos cardiomiócitos pelo cultivo sob uma condição sem açúcar/sem soro e suplementada com ácido lático e preparação dos cardiomiócitosEXAMPLE 6: Selection of cardiomyocytes by cultivation under a sugar-free / serum-free condition and supplemented with lactic acid and preparation of cardiomyocytes
Esse exemplo visa o estudo do efeito complexo da depleção de soro e da depleção de açúcar nas massas celulares (os corpos embrióides) contendo os cardiomiócitos, mais especificamente o efeito complexo da depleção de soro e da depleção de açúcar na seleção dos cardiomiócitos das massas celulares (os corpos embrióides) pelo cultivo das massas celulares (os corpos embrióides) num meio sem açúcar e sem soro.This example aims to study the complex effect of serum depletion and sugar depletion on cell masses (the embryoid bodies) containing cardiomyocytes, more specifically the complex effect of serum depletion and sugar depletion on the selection of cardiomyocytes from cell masses (the embryoid bodies) by cultivating cell masses (the embryoid bodies) in a sugar-free and serum-free medium.
Nesse exemplo, 75 células ES de camundongo por uma EB como massa celular foram cultivadas por um total de 7 dias no meio de cultura [a-MEM (SIGMA), FBS 10% (EQUITEC BIO), penicilina/estreptomicina (GIBCO)] usando o método de gota suspensa para formar corpos embrióides, os quais foram, a seguir, diferenciados nas massas celulares (os corpos embrióides) contendo os cardiomiócitos. Os corpos embrióides cultivados por 10 dias a partir do início da diferenciação foram lavados de 4 a 5 vezes usando o meio de cultura D-MEM (meio Eagle modificado da Dulbecco) (sem açúcar) (GIBCO) para eliminar completamente açúcares no meio de cultura e, a seguir, foram cultivados por 7 dias em meio de cultura D-MEM (GIBCO) suplementado com ácido lático numa concentração final de 1 mM (é necessário medir visualmente a viabilidade dos cardiomiócitos de pulsação autonômica e outras células nas múltiplas vezes de experimentos e para ajustar o período de cultura entre 5 a 10 dias com base na viabilidade). Uma vez que a concentração in vivo de ácido lático aumenta até cerca de 4 mM sob a condição fisiológica, a concentração de ácido lático de 1 mM usada no método desse Exemplo cai dentro da faixa fisiológica.In this example, 75 mouse ES cells per EB as cell mass were cultured for a total of 7 days in the culture medium [a-MEM (SIGMA), 10% FBS (EQUITEC BIO), penicillin / streptomycin (GIBCO)] using the suspended drop method to form embryoid bodies, which were then differentiated into cell masses (the embryoid bodies) containing the cardiomyocytes. Embryoid bodies cultured for 10 days from the start of differentiation were washed 4 to 5 times using D-MEM culture medium (Dulbecco's modified Eagle medium) (without sugar) (GIBCO) to completely eliminate sugars in the culture medium and then they were cultured for 7 days in D-MEM culture medium (GIBCO) supplemented with lactic acid in a final concentration of 1 mM (it is necessary to visually measure the viability of the autonomously pulsed cardiomyocytes and other cells in the multiple times of experiments and to adjust the culture period between 5 to 10 days based on viability). Since the in vivo lactic acid concentration increases to about 4 mM under the physiological condition, the 1 mM lactic acid concentration used in the method of this Example falls within the physiological range.
Conforme mostrado na Figura 8, uma rede celular em forma arqueada consistindo no cardiomiócito viável foi formada. Em outras palavras, a Figura 8A mostra uma imagem de uma estrutura tipo rede formada pelos cardiomiócitos selecionados, e Figura 8B mostra um esquema da vista lateral do corpo embrióide da Figura 8A.As shown in Figure 8, an arched-shaped cellular network consisting of the viable cardiomyocyte was formed. In other words, Figure 8A shows an image of a network-like structure formed by the selected cardiomyocytes, and Figure 8B shows a schematic of the side view of the embryoid body of Figure 8A.
EXEMPLO 7: Eliminação das células mortas aderidas às massas dos cardiomiócitosEXAMPLE 7: Elimination of dead cells adhered to the masses of cardiomyocytes
Uma vez que as massas celulares preparadas no Exemplo 6 estavam aderidas pelas células mortas ou pelas proteínas da matriz extracelular, é necessário remover as células mortas ou as proteínas da matriz extracelular das massas dos cardiomiócitos para purificar as massas. Entretanto, foi demonstrado por estudos preliminares que uma enzima que causa a proteólise não-específica (tal como Trypsin) diminui significativamente a via32 bilidade dos cardiomiócitos.Since the cell masses prepared in Example 6 were adhered to by the dead cells or the extracellular matrix proteins, it is necessary to remove the dead cells or extracellular matrix proteins from the cardiomyocyte masses to purify the masses. However, preliminary studies have shown that an enzyme that causes non-specific proteolysis (such as Trypsin) significantly decreases the viability of cardiomyocytes.
Desse modo, este exemplo visa o estudo de uma condição para remover seletivamente as células mortas ou a proteína da matriz extracelular das massas contendo os cardiomiócitos.Thus, this example aims to study a condition to selectively remove dead cells or protein from the extracellular matrix of the masses containing cardiomyocytes.
As massas celulares preparadas no Exemplo 6 (mostrado na Figura 8) foram tratadas com 0,01 a 0,1% de colagenase, a qual digere seletivamente o colágeno, uma das proteínas da matriz extracelular a 37SC por 20 minutos. Depois do tratamento somente com colagenase, as massas celulares foram lavadas com uma solução isotônica com uma pressão osmótica fisiológica. Nesse estágio, uma vez que os cardiomiócitos formam as massas celulares (não menos do que 40 pm de diâmetro), as massas celulares foram lavadas pela troca de solução através da membrana comercialmente disponível com poros de 40 pm de diâmetro, e a seguir as células diferentes dos cardiomiócitos dispersas foram seletivamente removidas. O passo de lavagem foi repetido de 4 a 5 vezes. As massas celulares coletadas foram cultivadas e, a seguir, foram imunomarcadas usando um anticorpo anti-sarcômero-actinina (SIGMA) como um indicador dos cardiomiócitos (Vermelho: [marcação da fibra estriada-cruzada no citoplasma], azul: [marcação dos núcleos com DAPI (sonda molecular)]}.The cell masses prepared in Example 6 (shown in Figure 8) were treated with 0.01 to 0.1% collagenase, which selectively digests collagen, one of the extracellular matrix proteins at 37 S C for 20 minutes. After treatment with collagenase only, the cell masses were washed with an isotonic solution with physiological osmotic pressure. At this stage, once the cardiomyocytes form the cell masses (no less than 40 pm in diameter), the cell masses were washed by exchanging solution through the commercially available membrane with pores 40 pm in diameter, and then the cells different from the dispersed cardiomyocytes were selectively removed. The washing step was repeated 4 to 5 times. The collected cell masses were cultured and then immunostained using an anti-sarcomere-actinin antibody (SIGMA) as an indicator of cardiomyocytes (Red: [cross-striated fiber marking in cytoplasm], blue: [nucleus marking with DAPI (molecular probe)]}.
Como resultado, foi demonstrado que a proporção dos cardiomiócitos nas massas purificadas por esse Exemplo contabilizaram 80% da quantidade total das células (Figura 9).As a result, it was shown that the proportion of cardiomyocytes in the masses purified by this Example accounted for 80% of the total amount of cells (Figure 9).
EXEMPLO 8: Purificação dos cardiomiócitos pelo cultivo sob uma condição sem soro/levemente ácida/com pouco cálcio/sem açúcar e suplementada com ácido láticoEXAMPLE 8: Purification of cardiomyocytes by culturing under a serum-free / slightly acidic / low-calcium / sugar-free condition and supplemented with lactic acid
Esse exemplo visa o estudo do efeito complexo da depleção de soro, uma condição de pH levemente ácido, uma condição com pouco cálcio e a depleção de açúcar nas massas celulares (os corpos embrióides) contendo os cardiomiócitos, mais especificamente o efeito complexo da depleção de soro, uma condição de pH levemente ácido, uma condição com pouco cálcio e depleção de açúcar na seleção dos cardiomiócitos das massas celulares (os corpos embrióides) pelo cultivo das massas celulares (os cor33 pos embrióides) no meio de cultura sob uma condição sem soro, levemente ácida, sem cálcio e sem açúcar.This example aims to study the complex effect of serum depletion, a slightly acidic pH condition, a low calcium condition and sugar depletion in the cell masses (the embryoid bodies) containing the cardiomyocytes, more specifically the complex effect of the depletion of serum, a slightly acidic pH condition, a low calcium and sugar depleted condition in the selection of cardiomyocytes from cell masses (embryoid bodies) by culturing cell masses (embryoid bodies) in the culture medium under a serum-free condition , slightly acidic, without calcium and without sugar.
Nesse Exemplo, 75 células ES de camundongo por uma EB foram cultivadas como as massas celulares por 5 dias a partir do início da diferenciação no meio de cultura [a-MEM (SIGMA), FBS 10% (EQUITEC BIO), penicilina/estreptomicina (GIBGO)] usando o método de gota suspensa para formar corpos embrióides, os quais foram a seguir diferenciados em massas celulares (os corpos embrióides) contendo os cardiomiócitos programados. Nesse Exemplo, depois de 5 dias a partir do início da cultura de diferenciação das células, o estágio quando quaisquer cardiomiócitos de pulsação autonômica não foram ainda observados, as células foram ainda cultivadas no meio de cultura MEM em soro (GIBCO) suplementado com insulina/transferrina/selênio (GIBCO) por mais 2 dias (os mesmos resultados são produzidos em ambas as situações quando a cultura foi iniciada em 4 dias ou em 6 dias a partir do início da cultura de diferenciação). As massas dos cardiomiócitos programados obtidas dessa forma foram cultivadas por mais 2 dias para se diferenciarem nos cardiomiócitos. Nesse estágio, as massas celulares contendo os cardiomiócitos numa alta taxa foram geradas.In this Example, 75 mouse ES cells per EB were cultured as cell masses for 5 days from the start of differentiation in the culture medium [a-MEM (SIGMA), 10% FBS (EQUITEC BIO), penicillin / streptomycin ( GIBGO)] using the drop-drop method to form embryoid bodies, which were then differentiated into cell masses (the embryoid bodies) containing the programmed cardiomyocytes. In this Example, after 5 days from the start of the cell differentiation culture, the stage when any autonomously pulsed cardiomyocytes have not yet been observed, the cells were still cultured in MEM culture medium in serum (GIBCO) supplemented with insulin / transferrin / selenium (GIBCO) for 2 more days (the same results are produced in both situations when the culture was started in 4 days or in 6 days from the start of the differentiation culture). The masses of the programmed cardiomyocytes obtained in this way were cultured for another 2 days to differentiate into the cardiomyocytes. At this stage, cell masses containing cardiomyocytes at a high rate were generated.
A seguir, as massas celulares foram lavadas de 4 a 5 vezes usando meio de cultura D-MEM (sem açúcar) (GIBCO) para eliminar completamente açúcares do meio de cultura, e a seguir foram cultivadas por 7 dias em meio de cultura D-MEM (GIBCO) suplementado com ácido lático numa concentração final de 1 mM (é necessário medir’visualmente a viabilidade dos cardiomiócitos de pulsação autonômica e outras células nos múltiplos tempos do experimento e ajustar o período de cultura entre 5 a 10 dias com base na viabilidade). Conforme mostrado na Figura 10, as massas dos cardiomiócitos consistindo somente do cardiomiócito viável foram formadas.Then, the cell masses were washed 4 to 5 times using D-MEM (sugar-free) culture medium (GIBCO) to completely eliminate sugars from the culture medium, and then cultured for 7 days in D- culture medium. MEM (GIBCO) supplemented with lactic acid in a final concentration of 1 mM (it is necessary to visually measure the viability of the autonomic pulsed cardiomyocytes and other cells in the multiple times of the experiment and adjust the culture period between 5 to 10 days based on the viability ). As shown in Figure 10, the masses of cardiomyocytes consisting of only the viable cardiomyocyte have been formed.
As massas celulares foram tratadas com 0,01 a 0,1% de colagenase, a qual digere seletivamente o colágeno, uma das proteínas da matriz extracelular, a 37QC por 20 minutos. Depois do tratamento com colagenase, as massas celulares foram lavadas usando o tampão com uma pressão osmótica fisiológica (NaCI 116 mM, Hepes 20 mM, NaH2PO4 12,5 mM, glicoseThe cell masses were treated with 0.01 to 0.1% of collagenase which selectively digests the collagen, one of the extracellular matrix proteins, at 37 Q C for 20 minutes. After treatment with collagenase, cell masses were washed using the buffer with physiological osmotic pressure (116 mM NaCI, 20 mM Hepes, 12.5 mM NaH 2 PO 4 , glucose
5,6 mM, KCI 5,4 mM, MgSO4 0,8 mM, pH 7,35). As massas celulares foram lavadas de 4 a 5 vezes por troca de solução através da membrana comercialmente disponível com poros de 40 μιη de diâmetro. Como resultado, as massas celulares consistindo somente dos cardiomiócitos e agregados de alta densidade consistindo em células mortas foram coletadas (Figura 10A). A Fig 10C mostra uma imagem aumentada da região retangular emoldurada na Figura 10A. Além disso, a localização das células mortas nas Figs. 10A e 10C estão mostradas nas Figs. 10B e 10D, respectivamente.5.6 mM, 5.4 mM KCI, 0.8 mM MgSO 4 , pH 7.35). Cell masses were washed 4 to 5 times by exchanging solution through the commercially available membrane with pores of 40 μιη in diameter. As a result, cell masses consisting only of cardiomyocytes and high density aggregates consisting of dead cells were collected (Figure 10A). Fig 10C shows an enlarged image of the rectangular region framed in Figure 10A. In addition, the location of the dead cells in Figs. 10A and 10C are shown in Figs. 10B and 10D, respectively.
Foi demonstrado nesse Exemplo que os agregados de alta densidade consistindo nas células mortas mostradas na Figura 10 poderíam ser seletivamente removidos usando uma centrifugação por gradiente de densidade apropriada, mais especificamente usando a centrifugação por gradiente de densidade com 58,5% de Percoll® (Pharmacia) (Figura 11). A seguir, as massas celulares obtidas dessa forma foram cultivadas e imunomarcadas usando o anticorpo anti-sarcômero-Actinina e um anticorpo anti-GATA4 (Santacruz) como um indicador dos cardiomiócitos. Figura 12A mostra massas aderidas dos cardiomiócitos. Houve algumas células mortas suspensas em torno da periferia das massas aderidas, enquanto não foi observado nenhum não-cardiomiócito aderido. Figura 12B mostra imagens fluorescentes desenvolvidas por imunomarcação das massas celulares da Figura 12A com sarcômero-actinina (vermelho; citoplasma) e DAPI (Molecular probe) (Azul; núcleos). Figura 12C mostra imagens fluorescentes desenvolvidas por imunomarcação das massas celulares da Figura 12Ά com GATA4 (vermelho; núcleos) e DAPI (azul; núcleos). Os núcleos co-marcados apresentam cor púrpura. Como resultado, foi demonstrado que a proporção dos cardiomiócitos nas massas purificadas por esse Exemplo formaram 99,0% da quantidade total das células (Figura 12C).It was demonstrated in this Example that high density aggregates consisting of the dead cells shown in Figure 10 could be selectively removed using an appropriate density gradient centrifugation, more specifically using 58.5% Percoll® density gradient centrifugation (Pharmacia ) (Figure 11). Then, the cell masses obtained in this way were cultured and immunostained using the anti-sarcomere-Actinin antibody and an anti-GATA4 antibody (Santacruz) as an indicator of cardiomyocytes. Figure 12A shows adhered masses of cardiomyocytes. There were some dead cells suspended around the periphery of the adhered masses, while no adhered non-cardiomyocyte was observed. Figure 12B shows fluorescent images developed by immunostaining the cell masses of Figure 12A with sarcomere-actinin (red; cytoplasm) and DAPI (Molecular probe) (Blue; nuclei). Figure 12C shows fluorescent images developed by immunostaining the cell masses of Figure 12Ά with GATA4 (red; nuclei) and DAPI (blue; nuclei). The co-labeled nuclei are purple in color. As a result, it was shown that the proportion of cardiomyocytes in the masses purified by this Example formed 99.0% of the total amount of cells (Figure 12C).
EXEMPLO 9: Purificação dos cardiomiócitos pelo cultivo sob uma condição sem soro/levemente ácida/com pouco cálcio/sem açúcar e suplementada com ácido aspártico/ácido qlutâmicoEXAMPLE 9: Purification of cardiomyocytes by culturing under a serum-free / slightly acidic / low-calcium / sugar-free condition and supplemented with aspartic acid / qlutamic acid
Esse Exemplo visa estudar o efeito de compensação de um ácido aspártico/ácido glutâmico nas massas celulares (os corpos embrióides) contendo os cardiomiócitos, mais especificamente o efeito de compensação de um ácido aspártico/ácido glutâmico na seleção dos cardiomiócitos das massas celulares (os corpos embrióides) pelo cultivo das massas celulares (os corpos embrióides) no meio de cultura suplementado com ácido aspártico/ácido glutâmico sob uma condição sem soro, levemente ácida, sem cálcio e sem açúcar.This Example aims to study the compensation effect of an aspartic acid / glutamic acid in the cell masses (the embryoid bodies) containing the cardiomyocytes, more specifically the compensation effect of an aspartic acid / glutamic acid in the selection of the cardiomyocytes of the cell masses (the bodies embryoid) by culturing cell masses (the embryoid bodies) in the culture medium supplemented with aspartic acid / glutamic acid under a serum-free, slightly acidic, calcium-free and sugar-free condition.
Nesse Exemplo, 75 células ES de camundongo por uma EB foram cultivadas como as massas celulares por 5 dias a partir do início da diferenciação no meio de cultura [a-MEM (SIGMA) FBS 10% (EQUITEC BIO) penicilina/estreptomicina (GIBCO)] usando o método de gota suspensa para formar corpos embrióides, as quais foram então diferenciadas nas massas celulares (os corpos embrióides) contendo os cardiomiócitos programados. Nesse Exemplo, depois de 5 dias a partir do início da cultura de diferenciação das células, o estágio quando quaisquer cardiomiócitos pulsáteis autonomicamente ainda não haviam sido observados, as células foram cultivadas no meio de cultura sob uma condição sem soro, com pH levemente ácido com pouco cálcio por 3 dias (os mesmos resultados são produzidos em ambas as situações quando a cultura se iniciou em 4 dias ou 6 dias a partir do início da cultura de diferenciação). Nesse estágio, as massas celulares geradas continham os cardiomiócitos numa taxa extremamente alta. A seguir, as massas celulares foram lavadas de 4 a 5 vezes usando meio de cultura D-MEM (sem açúcar) (GIBCO) para eliminar totalmente açúcares no meio de cultura pela troca de solução através da membrana comercialmente disponível com poros de 40 pm de diâmetro. Finalmente, as massas celulares foram cultivadas por 5 dias em meio de cultura DMEM (sem açúcar) suplementado com 20 mg/L de ácido glutâmico (SIGMA) e 20 mg/L de ácido aspártico (SIGMA) (é necessário medir visualmente a viabilidade dos cardiomiócitos de pulsação autonômica e outras células nos vários tempos de experimentos e ajustar o período de cultura entre 3 a 10 dias com base na viabilidade). Como resultado, as massas formadas dos cardiomiócitos consistiram somente dos cardiomiócitos. As massas celulares foram tratadas, durante a agitação, a 372C em banho-maria por 20 minutos, com 0,03% de colagenase, a qual digeriu seletivamente o colágeno, uma das proteínas da matriz extracelular. Depois do tratamento com colagenase, as massas celulares foram lavadas com uma solução isotônica com uma pressão osmótica fisiológica (NaCl 116 mM, Hepes 20 mM, NaH2PO4 12,5 mM, glicose 5,6 mM, KCI 5,4 mM, MgSO4 0,8 mM, pH 7,35). As massas celulares foram lavadas de 4 a 5 vezes por troca de solução através da membrana comercialmente disponível com poros de 40 pm de diâmetro. Como resultado, as massas celulares coletadas consistiam somente dos cardiomiócitos. As massas celulares obtidas dessa forma foram cultivadas e imunomarcadas usando o anticorpo anti-sarcômero-actinina e o anticorpo anti-GATA4 como indicadores dos cardiomiócitos (Figura 13).In this Example, 75 mouse ES cells per EB were cultured as cell masses for 5 days from the start of differentiation in the culture medium [a-MEM (SIGMA) FBS 10% (EQUITEC BIO) penicillin / streptomycin (GIBCO) ] using the drop-drop method to form embryoid bodies, which were then differentiated into cell masses (the embryoid bodies) containing the programmed cardiomyocytes. In this Example, after 5 days from the start of the cell differentiation culture, the stage when any autonomously pulsatile cardiomyocytes had not yet been observed, the cells were grown in the culture medium under a serum-free condition, with slightly acidic pH with little calcium for 3 days (the same results are produced in both situations when the culture started in 4 days or 6 days from the start of the differentiation culture). At this stage, the cell masses generated contained cardiomyocytes at an extremely high rate. Next, the cell masses were washed 4 to 5 times using D-MEM (sugar-free) culture medium (GIBCO) to completely eliminate sugars in the culture medium by exchanging solution through the commercially available membrane with 40 pm pores. diameter. Finally, cell masses were cultured for 5 days in DMEM culture medium (without sugar) supplemented with 20 mg / L of glutamic acid (SIGMA) and 20 mg / L of aspartic acid (SIGMA) (it is necessary to visually measure the viability of cardiomyocytes with autonomic pulsation and other cells at different times of experiments and adjust the culture period between 3 to 10 days based on viability). As a result, the masses formed from the cardiomyocytes consisted only of the cardiomyocytes. The cell masses were treated, during agitation, at 37 2 C in a water bath for 20 minutes, with 0.03% collagenase, which selectively digested collagen, one of the proteins in the extracellular matrix. After treatment with collagenase, the cell masses were washed with an isotonic solution with a physiological osmotic pressure (NaCl 116 mM, Hepes 20 mM, NaH 2 PO 4 12.5 mM, glucose 5.6 mM, KCI 5.4 mM, 0.8 mM MgSO 4 , pH 7.35). The cell masses were washed 4 to 5 times by exchanging a solution through the commercially available membrane with pores of 40 pm in diameter. As a result, the cell masses collected consisted only of cardiomyocytes. The cell masses obtained in this way were cultured and immunostained using the anti-sarcomere-actinin antibody and the anti-GATA4 antibody as indicators of cardiomyocytes (Figure 13).
Além disso, as células foram submetidas à análise estatística, na qual os presentes dados foram comparados com os dados conhecidos (Figura 13). Figura 13A mostra imagens microscópicas de colônias dos cardiomiócitos de pulsação autonômica, e a Figura 13B mostra imagens de manchamento com sarcômero-actinina (vermelho; citoplasma), marcação com GATA-4 (verde; núcleos) e marcação com DAPI (azul; núcleos) para as colônias dos cardiomiócitos de pulsação autonômica.In addition, the cells were subjected to statistical analysis, in which the present data were compared with the known data (Figure 13). Figure 13A shows microscopic images of colonies of cardiomyocytes with autonomic pulsation, and Figure 13B shows images of staining with sarcomere-actinin (red; cytoplasm), GATA-4 marking (green; nuclei) and DAPI marking (blue; nuclei) for colonies of autonomously pulsed cardiomyocytes.
Como resultado, foi demonstrado que a proporção dos cardiomiócitos nas massas purificadas por esse Exemplo compunham 99,8% da quantidade total das células. É demonstrado que esse grau de purificação foi mais alto do que os graus apresentados por quaisquer outros métodos para purificar os cardiomiócitos (por exemplo, FASEB J. 2000; 14: 2540 a 2548; J Clin Invest. 1996; 98: 216 - 224; FASEB J. 2003; 17: 740 742; J Mol Cell Cardiol. 2003; 35: 1461 - 1472). Conseqüentemente, o método desse Exemplo permite a purificação dos cardiomiócitos num alto grau de purificação e com um alto rendimento (Tabela 1).As a result, it was shown that the proportion of cardiomyocytes in the masses purified by this Example made up 99.8% of the total amount of cells. This degree of purification has been shown to be higher than the degrees presented by any other methods for purifying cardiomyocytes (for example, FASEB J. 2000; 14: 2540 to 2548; J Clin Invest. 1996; 98: 216 - 224; FASEB J. 2003; 17: 740 742; J Mol Cell Cardiol. 2003; 35: 1461 - 1472). Consequently, the method of this Example allows the purification of cardiomyocytes to a high degree of purification and with a high yield (Table 1).
[Tabela 11[Table 11
Tabela 1: Comparação da pureza e do rendimento entre o método da presente invenção e um método promotor-MHC/neo.Table 1: Comparison of purity and yield between the method of the present invention and a promoter-MHC / neo method.
Field et al. (J. Clin. Invest. 1996; Vol. 98, 216 - 224)Field et al. (J. Clin. Invest. 1996; Vol. 98, 216 - 224)
Exemplo 10, Purificação dos cardiomiócitos produzidos a partir de célulastronco adultas derivadas da medula óssea de camundongoExample 10, Purification of cardiomyocytes produced from adult stem cells derived from mouse bone marrow
Esse Exemplo visa à produção dos cardiomiócitos a partir de células-tronco adultas derivadas da medula óssea de camundongo, chamadas de células-tronco mesenquimais, as quais são a seguir selecionadas e purificadas.This Example aims at producing cardiomyocytes from adult stem cells derived from mouse bone marrow, called mesenchymal stem cells, which are then selected and purified.
Os cardiomiócitos diferenciados das células-tronco adultas derivadas da medula óssea de camundongo (camundongos C3H/He fêmeas) foram induzidos usando as células e o método descrito em W001/048151. Em outras palavras, as células CMG foram cultivadas no meio de cultura de IMDM (Meio Dulbecco Modificado de Iscove) (GIBCO) suplementado com 20% de soro bovino fetal (em relação ao método para estabelecer células CMG, ver J Clin Invest, Março de 1999, Vol. 103, p 697 - 705), cultivadas por mais 24 horas num meio de cultura suplementado com uma concentração final de 3 pmol/L de 5-azacitidina (SIGMA), a seguir cultivadas por 2 a 3 semanas no meio de cultura acima sem 5-azacitidina, resultando na indução da diferenciação dos cardiomiócitos. Depois da confirmação dos cardiomiócitos de pulsação autonômica, as células são cultivadas por 5 dias em meio de cultura D-MEM (GIBCO) suplementado com 1 mM de ácido lático sob uma condição sem soro/com pH levemente ácido/com pouco cálcio/sem açúcar. Depois do período de cultivo, as células mortas foram removidas e as células viáveis remanescentes foram imunomarcadas usando o anticorpo anti38 sarcômero-actinina como um indicador dos cardiomiócitos.Differentiated cardiomyocytes from adult stem cells derived from mouse bone marrow (female C3H / He mice) were induced using the cells and the method described in W001 / 048151. In other words, CMG cells were cultured in the IMDM (Modified Dulbecco Iscove Medium) (GIBCO) culture medium supplemented with 20% fetal bovine serum (for the method for establishing CMG cells, see J Clin Invest, March 1999, Vol. 103, p 697 - 705), grown for a further 24 hours in a culture medium supplemented with a final concentration of 3 pmol / L of 5-azacytidine (SIGMA), then grown for 2 to 3 weeks in the above culture without 5-azacitidine, resulting in the induction of cardiomyocyte differentiation. After confirmation of autonomously pulsed cardiomyocytes, cells are cultured for 5 days in D-MEM culture medium (GIBCO) supplemented with 1 mM lactic acid under a serum-free / slightly acidic / low-calcium / sugar-free condition . After the culture period, the dead cells were removed and the remaining viable cells were immunostained using the anti38 sarcomere-actinin antibody as an indicator of cardiomyocytes.
Figura 14A mostra a aparência das células cultivadas antes da seleção. Na Figura 14A, a região contendo as células pulsáteis estão apresentadas pela linha pontilhada. As Figs. 14B - C mostram as células selecionadas. Figura 14B mostra uma imagem de microscópio de contraste de fase, e a Figura 14C mostra uma imagem fluorescente imunomarcada para sarcômero-actinina para o mesmo campo de visão da Figura 14B, respectivamente. Como resultado, foi demonstrado que a proporção dos cardiomiócitos nas massas produzidas por esse Exemplo responderam por cerca de 90% da quantidade total das células (Figura 14).Figure 14A shows the appearance of the cells cultured before selection. In Figure 14A, the region containing the pulsatile cells is shown by the dotted line. Figs. 14B - C show the selected cells. Figure 14B shows a phase contrast microscope image, and Figure 14C shows an immunostained fluorescent image for sarcomere-actinin for the same field of view as Figure 14B, respectively. As a result, it was shown that the proportion of cardiomyocytes in the masses produced by this Example accounted for about 90% of the total amount of cells (Figure 14).
EXEMPLO 11. Purificação dos cardiomiócitos derivados de fetos de camundonqoEXAMPLE 11. Purification of cardiomyocytes derived from mouse fetuses
Esse Exemplo visa à purificação dos cardiomiócitos a partir de fetos de camundongos.This Example aims to purify cardiomyocytes from fetuses of mice.
Primeiro, o embrião de camundongo no 7S ao 9Q dia de vida embrionária foi removido do útero materno, a partir do qual o tecido extraembrionário foi cuidadosamente retirado, a seguir pipetado para dispersar os fetos em massas celulares separadas. As massas celulares obtidas dessa forma foram cultivadas por 5 dias no meio de cultura suplementado com 0,5 mM de ácido lático sob uma condição sem soro/de pH levemente ácido/com pouco cálcio/sem açúcar (é necessário medir visualmente a viabilidade dos cardiomiócitos de pulsação autonômica e outras células nos vários tempos dos experimentos e ajustar o período de cultura entre 3 a 10 dias com base na viabilidade). O meio de cultura usado foi preparado pela mistura de BSS de Hank [sem açúcar]: RPMI [sem açúcar] = 9:1. Os cardiomiócitos purificados foram submetidos à cultura de adesão, e depois do cultivo, as células mortas foram removidas e s células viáveis remanescentes foram imunomarcadas para sarcômero-actinina (verde; citoplasma) como indicador dos cardiomiócitos, e DAPI (vermelho; núcleos).First, mouse embryo at 7 to 9 S Q day of embryonic life was removed from the maternal uterus, from which the tissue was carefully removed extraembrionário, then pipetted to disperse fetuses to separate cell masses. The cell masses obtained in this way were cultured for 5 days in the culture medium supplemented with 0.5 mM lactic acid under a serum-free / slightly acid pH / low-calcium / sugar-free condition (visually measuring the viability of cardiomyocytes of autonomic pulsation and other cells at the various times of the experiments and adjust the culture period between 3 to 10 days based on viability). The culture medium used was prepared by mixing Hank's BSS [sugar free]: RPMI [sugar free] = 9: 1. The purified cardiomyocytes were subjected to the adhesion culture, and after the culture, the dead cells were removed and the remaining viable cells were immunostained for sarcomere-actinin (green; cytoplasm) as an indicator of the cardiomyocytes, and DAPI (red; nuclei).
Figura 15A mostra imagens microscópicas de contraste de fase de duas colônias apresentando a população celular pulsátil. Figura 15B mostra imagens fundidas de marcação com sarcômero-actinina e marcação com □API para quatro colônias. Como resultado, foi demonstrado que a proporção dos cardiomiócitos nas massas produzidas por esse Exemplo correspondiam a cerca de 99% da quantidade total das células (Figura 15).Figure 15A shows microscopic phase contrast images of two colonies showing the pulsatile cell population. Figure 15B shows fused images of sarcomere-actinin staining and □ API staining for four colonies. As a result, it was shown that the proportion of cardiomyocytes in the masses produced by this Example corresponded to about 99% of the total amount of cells (Figure 15).
EXEMPLO 12: Purificação dos cardiomiócitos sob uma condição sem soro/levemente ácida/com pouco cálcio/sem açúcar e suplementada com ácido pirúvicoEXAMPLE 12: Purification of cardiomyocytes under a serum-free / slightly acidic / low-calcium / sugar-free condition and supplemented with pyruvic acid
Esse Exemplo visa o estudo do efeito de compensação do ácido pirúvico nas massas celulares (os corpos embrióides) contendo os cardiomiócitos, mais especificamente o efeito de compensação de um ácido pirúvico na seleção dos cardiomiócitos das massas celulares (os corpos embrióides) pelo cultivo das massas celulares (os corpos embrióides) no meio de cultura suplementado com ácido pirúvico sob uma condição sem soro, de pH levemente ácido, sem cálcio e sem açúcar.This Example aims to study the effect of compensating pyruvic acid on cell masses (the embryoid bodies) containing cardiomyocytes, more specifically the effect of compensating pyruvic acid on the selection of cardiomyocytes from cell masses (embryoid bodies) by culturing the masses cells (the embryoid bodies) in the culture medium supplemented with pyruvic acid under a serum-free, slightly acidic, calcium-free and sugar-free condition.
Nesse Exemplo, 75 células ES de camundongo por um EB foram cultivadas como as massas celulares por 5 dias a partir do início da diferenciação no meio de cultura [a-MEM (SIGMA) FBS 10% (EQUITEC BIO) penicilina/estreptomicina (GIBCO)] usando o método de gota suspensa para formar corpos embrióides, as quais foram a seguir diferenciadas nas massas celulares (os corpos embrióides) contendo os cardiomiócitos programados. Nesse Exemplo, depois de 5 dias a partir do início da cultura de diferenciação das células, o estágio quando quaisquer cardiomiócitos de pulsação autonômica não foram ainda observados, as células foram cultivadas por mais 2 dias no meio de cultura num meio de cultura MEM sem soro (GIBCO) suplementado com insulina/transferrina/selênio (GIBCO) (os mesmos resultados são produzidos em ambas as situações quando a cultura foi iniciada em 4 dias ou 6 dias a partir do início da cultura de diferenciação). As massas dos cardiomiócitos programados obtidas dessa forma foram cultivadas por mais 2 dias para se diferenciar nos cardiomiócitos. Nesse estágio, as massas celulares geradas continham s cardiomiócitos numa proporção extremamente alta. A seguir, as massas celulares foram lavadas de 4 a 5 vezes usando meio de cultura D-MEM (sem açúcar) (GIBCO) para eliminar completamente os açúcares no meio de cultura pela troca de solução através da membrana comercialmente disponível com poros de 40 pm de diâmetro.In this Example, 75 mouse ES cells per EB were cultured as cell masses for 5 days from the start of differentiation in the culture medium [a-MEM (SIGMA) FBS 10% (EQUITEC BIO) penicillin / streptomycin (GIBCO) ] using the drop-drop method to form embryoid bodies, which were then differentiated into cell masses (the embryoid bodies) containing the programmed cardiomyocytes. In this Example, after 5 days from the start of the cell differentiation culture, the stage when any autonomously pulsed cardiomyocytes have not yet been observed, the cells were cultured for 2 more days in the culture medium in a MEM culture medium without serum (GIBCO) supplemented with insulin / transferrin / selenium (GIBCO) (the same results are produced in both situations when the culture started in 4 days or 6 days from the start of the differentiation culture). The masses of the programmed cardiomyocytes obtained in this way were cultured for another 2 days to differentiate into the cardiomyocytes. At this stage, the cell masses generated contained cardiomyocytes in an extremely high proportion. Then, the cell masses were washed 4 to 5 times using D-MEM (sugar-free) culture medium (GIBCO) to completely eliminate the sugars in the culture medium by exchanging solution through the commercially available membrane with 40 pm pores. in diameter.
Depois do passo de lavagem, as massas celulares foram cultivadas por 5 dias em meio de cultura D-MEM (sem açúcar) (GIBCO) suplementado com uma concentração final de 1 mM de ácido pirúvico.After the washing step, cell masses were cultured for 5 days in D-MEM (sugar-free) culture medium (GIBCO) supplemented with a final concentration of 1 mM pyruvic acid.
As massas celulares foram, a seguir, tratadas, durante a agitação, com 0,05% de colagenase Tipo 3 (Worthington Biochemical Corp) a qual seletivamente digere o colágeno, uma das proteínas da matriz extracelular, a 37SC por 20 minutos. Depois do tratamento com colagenase, as massas celulares foram lavadas com uma solução isotônica com pressão osmótica fisiológica (NaCI 116 mM, Hepes 20 mM, NaH2PO4 12,5 mM, glicose 5,6 mM, KCI 5,4 mM, MgSO4 0,8 mM, pH 7,35). Como resultado, foi demonstrado que a proporção das células pulsáteis autonômicas nas massas purificadas por esse Exemplo correspondiam a mais de 90% da quantidade total das células (Figura 16).The cell masses were then treated, during agitation, with 0.05% Type 3 collagenase (Worthington Biochemical Corp) which selectively digests collagen, one of the extracellular matrix proteins, at 37 S C for 20 minutes. After treatment with collagenase, the cell masses were washed with an isotonic solution with physiological osmotic pressure (NaCI 116 mM, Hepes 20 mM, NaH 2 PO4 12.5 mM, glucose 5.6 mM, KCI 5.4 mM, MgSO4 0 , 8 mM, pH 7.35). As a result, it was shown that the proportion of autonomic pulsatile cells in the masses purified by this Example corresponded to more than 90% of the total amount of cells (Figure 16).
EXEMPLO 13: Seleção e purificação dos cardiomiócitos derivados das células-tronco embrionárias de sagüi primata sob uma condição sem açúcar/sem soro e suplementada com ácido láticoEXAMPLE 13: Selection and purification of cardiomyocytes derived from primate marmoset embryonic stem cells under a sugar-free / serum-free condition and supplemented with lactic acid
Esse exemplo visa estudar o efeito complexo da depleção de soro e da depleção de açúcar nas massas celulares (os corpos embrióides) contendo os cardiomiócitos, mais especificamente o efeito complexo da depleção de soro e da depleção de açúcar na seleção dos cardiomiócitos das massas celulares (os corpos embrióides) derivados das células-tronco embrionárias de sagüi primatas pelo cultivo das massas celulares (os corpos embrióides) no meio de cultura sem soro e sem açúcar.This example aims to study the complex effect of serum depletion and sugar depletion on cell masses (the embryoid bodies) containing cardiomyocytes, more specifically the complex effect of serum depletion and sugar depletion on the selection of cell mass cardiomyocytes ( embryoid bodies) derived from primate marmoset embryonic stem cells by cultivating cell masses (embryoid bodies) in a serum-free and sugar-free culture medium.
As células-tronco embrionárias de sagüi são disponíveis do Central Institute For Experimental Animals (Kawasaki, Japão). As células-tronco embrionárias de sagüi foram cultivadas durante a manutenção do estado não-diferenciado usando os fibroblastos embrionários de camundongo inativados (MEF), os quais foram tratados com um tratamento com mitomicina C. O meio de cultura [KO-DMEM (GIBCO), KO-SERUM 20% (GIBCO), Lglutamina 1,6 mM, aminoácidos não-essenciais 0,1 mM (MEM), βmercaptoetanol 0,2 mM (2-ME; Sigma), penicilina 100 UI/mL, sulfato de es41 treptomicina 100 pg/mL e 8 mg/mL de um fator inibitório de leucemia humano recombinante (LIF; Chemicon), um fator de crescimento de fibroblasto básico humano recombinante (bFGF; Peprotech)] foi usado. Na passagem, colagenase tipo III 0,1 % (Wortington) foi usada a 37-C por 10 minutos para separar as colônias de ES.Embryonic stem cells from marmosets are available from the Central Institute For Experimental Animals (Kawasaki, Japan). The marmoset embryonic stem cells were cultured while maintaining the non-differentiated state using inactivated mouse embryonic fibroblasts (MEF), which were treated with a treatment with mitomycin C. The culture medium [KO-DMEM (GIBCO) , 20% KO-SERUM (GIBCO), 1.6 mM Lglutamine, 0.1 mM non-essential amino acids (MEM), 0.2 mM βmercaptoethanol (2-ME; Sigma), 100 IU / mL penicillin, es41 sulfate treptomycin 100 pg / mL and 8 mg / mL of a recombinant human leukemia inhibitory factor (LIF; Chemicon), a recombinant human basic fibroblast growth factor (bFGF; Peprotech)] was used. In the passage, 0.1% collagenase type III (Wortington) was used at 37 ° C for 10 minutes to separate ES colonies.
Subseqüentemente, para separar MEF e ES urn do outro, a solução foi passada através de uma malha com poros de 100 pm de diâmetro, deste modo foram obtidas as massas as quais não podem passar pela malha com poros de 40 pm de diâmetro. Essas massas celulares são exatamente as massas purificadas de células ES. Na diferenciação, as massas celulares contendo 50 a 1.000 das células ES por uma EB foram cultivadas como um corpo embrióide por um total de 15 a 30 dias usando o método de placa bacteriana, a seguir para diferenciar nos corpos embrióides contendo os cardiomiócitos. O meio de cultura usado para a diferenciação foi o mesmo que o meio de cultura descrito no presente Exemplo, exceto para o bFGF [isto é, KO-DMEM (GIBCO), KO-SERUM 20% (GIBCO), L-glutamina 1,6 mM, aminoácidos nãoessenciais 0,1 mM (MEM), β-mercaptoetanol 0,2 mM (2-ME; Sigma), penicilina 100 UI/mL, sulfato de estreptomicina 100 pg/mL e 8 ng/mL de um fator inibitório de leucemia humana recombinante (LIF; Chemicon)].Subsequently, to separate MEF and ES one from the other, the solution was passed through a mesh with pores of 100 pm in diameter, in this way the masses were obtained which cannot pass through the mesh with pores of 40 pm in diameter. These cell masses are exactly the purified masses of ES cells. In differentiation, cell masses containing 50 to 1,000 ES cells per EB were cultured as an embryoid body for a total of 15 to 30 days using the bacterial plaque method, then to differentiate into the embryoid bodies containing the cardiomyocytes. The culture medium used for differentiation was the same as the culture medium described in the present Example, except for bFGF [i.e., KO-DMEM (GIBCO), KO-SERUM 20% (GIBCO), L-glutamine 1, 6 mM, 0.1 mM nonessential amino acids (MEM), 0.2 mM β-mercaptoethanol (2-ME; Sigma), 100 IU / mL penicillin, 100 pg / mL streptomycin sulfate and 8 ng / mL of an inhibitory factor recombinant human leukemia (LIF; Chemicon)].
Para eliminar os açúcares o tanto quanto for possível do meio de cultura, os corpos embrióides foram transferidos para um tubo de centrífuga, foram lavados cinco vezes com meio de cultura D-MEM (sem açúcar) (GIBCO) e foram finalmente cultivados por 15 dias em meio de cultura D-MEM (sem açúcar) GIBCO suplementado com 1 mM de ácido lático. Uma vez q e a concentração in vivo do ácido lático aumenta até cerca de 4 mM sob a condição fisiológica, a concentração do ácido lático de 1 mM usada no método desse Exemplo fica dentro da faixa fisiológica.In order to eliminate sugars as much as possible from the culture medium, the embryoid bodies were transferred to a centrifuge tube, washed five times with D-MEM culture medium (without sugar) (GIBCO) and were finally grown for 15 days in D-MEM culture medium (without sugar) GIBCO supplemented with 1 mM lactic acid. Since q and the in vivo concentration of lactic acid increases to about 4 mM under the physiological condition, the 1 mM lactic acid concentration used in the method of this Example is within the physiological range.
A aparência das massas celulares depois do cultivo por 15 dias está mostrada na Figura 17. Conforme mostrado na Figura 17, foi demonstrado a partir desse resultado que a estrutura tipo bolha formada das células consistia dos cardiomiócitos como células viáveis. Em outras palavras, Figs. 17A a C mostram que os cardiomiócitos formando a estrutura tipo bolha fo ram seletivamente viáveis no meio de cultura sob uma condição de suplemento sem açúcar + ácido lático (1 mM). Figura 17A mostra que uma parte de ou todos os corpos embrióides com transparência ótica grandemente reduzida já sofreram morte celular. Também nos casos dos corpos embrióides mostrados na Figura 17B e na Figura 17B’, as células com a estrutura tipo bolha na superfície do corpo embrióide foram viáveis. Figura 17C é uma vista amplificada da Figura 17B.The appearance of cell masses after culturing for 15 days is shown in Figure 17. As shown in Figure 17, it was demonstrated from this result that the bubble-like structure formed from the cells consisted of cardiomyocytes as viable cells. In other words, Figs. 17A to C show that the cardiomyocytes forming the bubble-like structure were selectively viable in the culture medium under a sugar-free + lactic acid (1 mM) supplement condition. Figure 17A shows that part or all of the embryoid bodies with greatly reduced optical transparency have already suffered cell death. Also in the cases of the embryoid bodies shown in Figure 17B and Figure 17B ', cells with the bubble-like structure on the surface of the embryoid body were viable. Figure 17C is an enlarged view of Figure 17B.
Os corpos embrióides obtidos dessa forma foram cultivados por 3 a 7 dias no mesmo volume do mesmo meio de cultura (sem bFGF). Os cardiomiócitos viáveis reiniciaram a pulsação autonômica. Depois de alcançar o estado estabilizado, as células mortas foram separadas dos cardiomiócitos pela agitação dos corpos embrióides na presença da colagenase tipo III 0,1% (Wortington) por 10 minutos a 37QC. As células mortas foram eliminadas pelo método revelado no Exemplo 8. Os corpos embrióides obtidos dessa forma foram aderidos numa placa de cultura de células revestida com fibronectina (Sigma) (Figura 18, esquerda). Depois da fixação com 4% de paraformaldeído, os corpos embrióides foram marcados com o anticorpo antiactinina (Sigma) como no Exemplo 8 e foram marcados com o anticorpo anti-Nkx2.5 (Santacruz) como no Exemplo 4 (Figura 18, à direita, respectivamente).The embryoid bodies obtained in this way were cultured for 3 to 7 days in the same volume of the same culture medium (without bFGF). Viable cardiomyocytes restarted the autonomic pulse. After reaching the stabilized state, the dead cells were separated from the cardiomyocytes by shaking the embryoid bodies in the presence of 0.1% type III collagenase (wortington) for 10 minutes at 37 Q C. The dead cells were eliminated by the method disclosed in Example 8. The embryoid bodies obtained in this way were adhered to a cell culture plate coated with fibronectin (Sigma) (Figure 18, left). After fixation with 4% paraformaldehyde, the embryoid bodies were marked with the anti-acetin antibody (Sigma) as in Example 8 and were marked with the anti-Nkx2.5 antibody (Santacruz) as in Example 4 (Figure 18, on the right, respectively).
Como resultado, foi demonstrado que os cardiomiócitos foram seletivamente obtidos pelo cultivo das células-tronco embrionárias de sagüi sob uma condição sem açúcar/sem soro e suplementada com ácido lático. EXEMPLO 14. Transplante dos cardiomiócitos derivados de células-tronco embrionárias de sagüi primatas no coração de um camundongo imunodeficiente e confirmação do seu enxertoAs a result, it was demonstrated that cardiomyocytes were selectively obtained by culturing marmoset embryonic stem cells under a sugar-free / serum-free condition and supplemented with lactic acid. EXAMPLE 14. Transplantation of cardiomyocytes derived from primate marmoset embryonic stem cells in the heart of an immunodeficient mouse and confirmation of its graft
Esse Exemplo visa estudar o transplante dos cardiomiócitos derivados das células-tronco embrionárias de sagüi primatas no coração e enxerto no corpo.This Example aims to study the transplantation of cardiomyocytes derived from primate marmoset embryonic stem cells in the heart and graft in the body.
Os cardiomiócitos de sagüi purificados preparados pelo método do Exemplo 13 foram suspensos numa solução tamponante com pressão osmótica fisiológica (NaCI 116 mM, Hepes 20 mM, NaH2PO4 12,5 mM, glicose 5,6 mM, KCI 5,4 mM, MgSO4 0,8 mM, pH 7,35) suplementada com cola genase tipo III 0,2% (Wortington) e Trypsin 0,125% (GIBCO). A solução suplementada foi tratada, durante a agitação, por 20 minutos a 37QC numa seringa acoplada com uma agulha de medida 29 (Terumo). Cerca de 1 a 30 pequenas massas celulares consistindo nos cardiomiócitos foram preparadas para uso para o transplante. 100 μΙ_ do tampão acima com concentração de sal fisiológica contendo os cardiomiócitos foram aspirados.The purified marmoset cardiomyocytes prepared by the method of Example 13 were suspended in a buffer solution with physiological osmotic pressure (116 mM NaCI, 20 mM Hepes, 12.5 mM NaH 2 PO 4 , 5.6 mM glucose, 5.4 mM KCI, 0.8 mM MgSO 4 , pH 7.35) supplemented with 0.2% genase type III glue (Wortington) and 0.125% Trypsin (GIBCO). Supplemented The solution was treated, while stirring, for 20 minutes at 37 Q C in a coupled syringe with a 29 gauge needle (Terumo). About 1 to 30 small cell masses consisting of cardiomyocytes have been prepared for use for transplantation. 100 μΙ_ of the buffer above with physiological salt concentration containing the cardiomyocytes was aspirated.
Um camundongo NOD-SCID macho de 7 semanas de idade, camundongos imunodeficientes (Clea Japan, Inc.) foram anestesiados por inalação do anestésico FORANE (isoflurano) (Abbott Japão). A seguir, o tórax do camundongo foi aberto sob controle de respiração de um respirador artificial usando intubação intra-traqueal. Uma agulha de injeção foi inserida na parede do coração exteriorizada na direção do ápice cardíaco para a base cardíaca, e a seguir cerca de 30 μΙ_ da solução suspensa por sítio foi injetada na parede do tecido cardíaco. A seguir o tórax do camundongo foi fechado, a anestesia terminou e o camundongo continuou sustentado.A 7-week-old male NOD-SCID mouse, immunodeficient mice (Clea Japan, Inc.) was anesthetized by inhaling the anesthetic FORANE (isoflurane) (Abbott Japan). Next, the mouse's chest was opened under breathing control by an artificial respirator using intra-tracheal intubation. An injection needle was inserted into the outer wall of the heart from the cardiac apex to the cardiac base, and then about 30 μΙ_ of the suspended solution per site was injected into the cardiac tissue wall. The mouse's thorax was then closed, the anesthesia ended and the mouse remained sustained.
Depois de 15 dias do transplante, o coração do camundongo foi extirpado sob anestesia, o qual foi fixado em paraformaldeído 4%. Seções congeladas de 10 μπι de espessura foram preparadas e imunomarcadas usando um anticorpo anti-Nkx2.5 de cabra (Santacruz) como anticorpo primário e um anticorpo anti-cabra de macaco Alexa 488 (desenvolvido em verde) (Molecular probes) como o segundo anticorpo (Figura 19B), ou imunomarcadas usando um anticorpo anti-sarcômero-actinina de camundongo (Sigma) como um anticorpo primário e um anticorpo anti-camundongo de coelho - Alexa 594 (desenvolvido em vermelho) (Molecular probes) como o segundo anticorpo (Figura 19D).After 15 days of transplantation, the mouse's heart was excised under anesthesia, which was fixed in 4% paraformaldehyde. Frozen sections 10 μπι thick were prepared and immunostained using a goat anti-Nkx2.5 antibody (Santacruz) as the primary antibody and an Alexa 488 monkey goat antibody (developed in green) (Molecular probes) as the second antibody (Figure 19B), or immunostained using a mouse anti-sarcomere-actinin antibody (Sigma) as a primary antibody and a rabbit anti-mouse antibody - Alexa 594 (developed in red) (Molecular probes) as the second antibody (Figure 19D).
Por outro lado, um anticorpo de antígeno anti-humano nuclear de camundongo (o qual reage com qualquer antígeno nuclear em toda a espécie de primata) (Chemicon) e um anticorpo anti-camundongo de cabra Alexa 633 (Molecular probes) reagem juntos in vitro para formar um complexo. Depois um soro de camundongo normal foi usado para inibir a reatividade do excesso de anticorpo anti-camundongo de cabra - Alexa 633 (infravermelho). O complexo de anticorpo preparado dessa forma reagiu com as seções congeladas acima para desenvolver três cores (Figs. 19B a 19D).On the other hand, a mouse nuclear anti-human antigen antibody (which reacts with any nuclear antigen in all primate species) (Chemicon) and an Alexa 633 goat anti-mouse antibody (Molecular probes) react together in vitro to form a complex. Then a normal mouse serum was used to inhibit the reactivity of excess goat anti-mouse antibody - Alexa 633 (infrared). The antibody complex prepared in this way reacted with the frozen sections above to develop three colors (Figs. 19B to 19D).
Todas as imagens de imunomarcação foram tomadas usando um microscópio confocal (Carl Zeiss). Os resultados estão mostrados naAll immunostaining images were taken using a confocal microscope (Carl Zeiss). The results are shown in
Figura 19.Figure 19.
Como resultado, foi demonstrado que as células com um núcleo maior mostradas na figura foram derivadas de sagüi. Em outras palavras, foi demonstrado nessa figura que algumas células primatas expressando Nkx2.5, um marcador indicador específico para os cardiomiócitos, foram vistas nos cardiomiócitos marcados com Actinina. Isso significa que os cardiomiócitos derivados de células ES de saguis foram enxertadas com sucesso no coração do camundongo.As a result, it was shown that the cells with a larger nucleus shown in the figure were derived from marmosets. In other words, it was shown in this figure that some primate cells expressing Nkx2.5, a specific indicator marker for cardiomyocytes, were seen in Actinine-labeled cardiomyocytes. This means that cardiomyocytes derived from marmoset ES cells have been successfully grafted into the heart of the mouse.
EXEMPLO 15: Seleção e preparação dos cardiomiócitos derivados de células-tronco embrionárias humanas sob uma condição sem açúcar/sem soro e suplementada com ácido láticoEXAMPLE 15: Selection and preparation of cardiomyocytes derived from human embryonic stem cells under a sugar-free / serum-free condition and supplemented with lactic acid
Esse exemplo visa o estudo do efeito complexo da depleção de soro e da depleção de açúcar nas massas celulares (os corpos embrióides) contendo os cardiomiócitos, mais especificamente o efeito complexo da depleção de soro e da depleção de açúcar na seleção dos cardiomiócitos das massas celulares (os corpos embrióides) derivados de células-tronco embrionárias humanas, pelo cultivo das massas celulares (os corpos embrióides) num meio de cultura sem soro e sem açúcar.This example aims to study the complex effect of serum depletion and sugar depletion on cell masses (the embryoid bodies) containing cardiomyocytes, more specifically the complex effect of serum depletion and sugar depletion on the selection of cardiomyocytes from cell masses (the embryoid bodies) derived from human embryonic stem cells, by cultivating cell masses (the embryoid bodies) in a culture medium without serum and without sugar.
Células-tronco embrióides humanas foram obtidas do Centro de Pesquisa de Células-tronco (Stem Cell Research Center) (Institute for Frontier medical Sciences, Universidade de Kyoto) (o Centro para as células ES baseado no Projeto de Biorrecursos Nacional (National Bioresource Project)). As células-tronco embrionárias humanas foram cultivadas durante a manutenção do estado não-diferenciado usando os fibroblastos embrionários de camundongo inativados de crescimento (MEF), os quais foram tratados com um tratamento com mitomicina C. A cultura foi conduzida usando um meio de cultura [F12/DMEM (1:1) (SIGMA, número do produto D6421), KOSERUM 20% (GIBCO), L-glutamina 1,6 mM, aminoácidos não-essenciais 0,1 mM (MEM), β-mercaptoetanol 0,1 mM (2-ME; Sigma), penicilina 100 UI/mL, sulfato de estreptomicina 100 μο/ιτιί e um fator de crescimento de fibroblasto básico humano recombinante (bFGF, Peprotech)]. Na passagem, colagenase tipo III 0,1% (Wortington) foi usada a 37-C por 10 minutos para separar as colônias de ES.Human embryoid stem cells were obtained from the Stem Cell Research Center (Institute for Frontier medical Sciences, Kyoto University) (the Center for ES cells based on the National Bioresource Project) ). Human embryonic stem cells were cultured while maintaining the non-differentiated state using inactivated mouse embryonic growth fibroblasts (MEF), which were treated with a treatment with mitomycin C. The culture was conducted using a culture medium [ F12 / DMEM (1: 1) (SIGMA, product number D6421), KOSERUM 20% (GIBCO), 1.6 mM L-glutamine, 0.1 mM non-essential amino acids (MEM), β-mercaptoethanol 0.1 mM (2-ME; Sigma), penicillin 100 IU / mL, streptomycin sulfate 100 μο / ιτιί and a recombinant human basic fibroblast growth factor (bFGF, Peprotech)]. In the passage, 0.1% collagenase type III (Wortington) was used at 37 ° C for 10 minutes to separate ES colonies.
Subseqüentemente, para separar MEF e ES um do outro, a solução foi passada através e uma malha com poros de 40 μπι, deste modo obtendo massas celulares as quais poderíam não passar através da malha com poros de 40 pm de diâmetro. Essas massas celulares foram massas purificadas de célula ES. Na diferenciação, as massas celulares contendo de 50 a 1.000 células ES por uma EB foram cultivadas como um corpo embrióide por um total de 15 a 30 dias usando o método da placa bacteriana (usando o meio de cultura descrito acima, exceto pela ausência de bFGF), a seguir para diferenciar nos corpos embrióides contendo os cardiomiócitos. Para eliminar os açúcares o quanto antes possível do meio de cultura, os corpos embrióides foram transferidos para um tubo de centrífuga, foram lavados cinco vezes com meio de cultura D-MEM (sem açúcar) (GIBCO, número de produto 11966) e foram finalmente cultivados por 15 dias em meio de cultura D-MEM (sem açúcar) (GIBCO, número de produto 11966) suplementado com 1 mM de ácido lático. Uma vez que a concentração in vivo de ácido lático aumenta até cerca de 4 mM sob as condições fisiológicas, a concentração de ácido lático de 1 mM usada no método desse Exemplos fica dentro da faixa fisiológica.Subsequently, to separate MEF and ES from each other, the solution was passed through and a 40 μπι pore mesh, thus obtaining cell masses which could not pass through the 40 pm pore mesh. These cell masses were purified masses of ES cells. In differentiation, cell masses containing 50 to 1,000 ES cells per EB were cultured as an embryoid body for a total of 15 to 30 days using the bacterial plaque method (using the culture medium described above, except for the absence of bFGF ), then to differentiate in the embryoid bodies containing the cardiomyocytes. To eliminate sugars as soon as possible from the culture medium, the embryoid bodies were transferred to a centrifuge tube, washed five times with D-MEM culture medium (without sugar) (GIBCO, product number 11966) and were finally grown for 15 days in D-MEM (sugar-free) culture medium (GIBCO, product number 11966) supplemented with 1 mM lactic acid. Since the in vivo lactic acid concentration increases to about 4 mM under physiological conditions, the 1 mM lactic acid concentration used in the method of these Examples is within the physiological range.
As aparências das massas celulares cultivadas sob uma condição contendo açúcar (condição de controle) e as massas celulares cultivadas por 15 dias sob uma condição sem açúcar para a seleção de cardiomiócitos (condição seletiva de cardiomiócitos) estão mostradas na Figura 20, painel esquerdo, como imagens de contraste de fase. Para demonstrar se essas células são viáveis ou não, as células foram marcadas com TMRM (Molecular Probes), as quais podem detectar o potencial de membrana (um indicador de células viáveis) e gerar fluorescência dependendo do potencial de membrana (Figura 20, painel direito). Conforme mostrado na Figura 20, painel superior, todas as células embrióides do grupo da condição contendo açúcar (controle) geraram fluorescência (isto é, todos os corpos embrióides são compostos de células viáveis); enquanto isso, conforme mostrado na Figura 20, painel inferior, as massas celulares as quais não geram fluorescência (isto é, as massas celulares consistindo em células mortas) apareceram pelo cultivo sob a condição sem açúcar (seleção de cardiomiócitos). Além disso, todas as massas celulares as quais foram viáveis sob a condição sem açúcar (seleção de cardiomiócitos) apresentaram pulsação autonômica.The appearances of cell masses grown under a sugar-containing condition (control condition) and cell masses grown for 15 days under a sugar-free condition for cardiomyocyte selection (selective cardiomyocyte condition) are shown in Figure 20, left panel, as phase contrast images. To demonstrate whether these cells are viable or not, the cells were labeled with TMRM (Molecular Probes), which can detect the membrane potential (an indicator of viable cells) and generate fluorescence depending on the membrane potential (Figure 20, right panel ). As shown in Figure 20, top panel, all embryoid cells in the sugar-containing condition group (control) generated fluorescence (that is, all embryoid bodies are composed of viable cells); meanwhile, as shown in Figure 20, bottom panel, cell masses which do not generate fluorescence (ie, cell masses consisting of dead cells) appeared by cultivation under the sugar-free condition (cardiomyocyte selection). In addition, all cell masses that were viable under the sugar-free condition (selection of cardiomyocytes) showed an autonomic pulse.
Os corpos embrióides obtidos dessa forma foram cultivados por 3 a 7 dias no mesmo volume do mesmo meio de cultura (sem bFGF). Os cardiomiócitos viáveis reiniciaram a pulsação autonômica. Depois de alcançar o estado estabilizado, as células mortas foram separadas dos cardiomiócitos pela agitação das células embrióides na presença de colagenase tipo III 0,1% (Wortington) por 10 minutos a 37SC. As células mortas foram eliminadas pelo método revelado no Exemplo 8. A seguir, os corpos embrióides foram aderidos numa placa de cultura revestida com fibronectina (Sigma).The embryoid bodies obtained in this way were cultured for 3 to 7 days in the same volume of the same culture medium (without bFGF). Viable cardiomyocytes restarted the autonomic pulse. After reaching the stabilized state, the dead cells were separated from the cardiomyocytes by shaking the embryoid cells in the presence of 0.1% collagenase type III (Wortington) for 10 minutes at 37 S C. The dead cells were eliminated by the method revealed in the Example 8. Next, the embryoid bodies were adhered to a culture plate coated with fibronectin (Sigma).
Depois da fixação com 4% de paraformaldeído, os corpos embrióides foram marcados com o anticorpo antiactinina (Sigma) como no Exemplo 8 e foram marcados com o anticorpo anti-Nkx2.5 (Santacruz) como no Exemplo 4 (Figura 21). Conforme mostrado nessa figura, os núcleos celulares marcados com DAPI (Figura 21a) foram necessariamente sobrepostos com os núcleos celulares imunomarcados com o anticorpo anti-Nkx2.5, um marcador indicador específico para os cardiomiócitos (Figura 21c). Quando numa imagem imunomarcada com o anticorpo antiactinina, outro marcador indicador específico para os cardiomiócitos (Figura 21 d) foi fundido com uma imagem imunomarcada com o anticorpo anti-Nkx2.5, foi descoberto que as células imunomarcadas com o anticorpo anti-Nkx2.5 foram completamente sobrepostas com as células imunomarcadas com o anticorpo antiactinina (Figura 21 e).After fixation with 4% paraformaldehyde, the embryoid bodies were stained with the anti-acetin antibody (Sigma) as in Example 8 and were stained with the anti-Nkx2.5 antibody (Santacruz) as in Example 4 (Figure 21). As shown in this figure, cell nuclei labeled with DAPI (Figure 21a) were necessarily overlaid with cell nuclei immunostained with anti-Nkx2.5 antibody, a specific indicator marker for cardiomyocytes (Figure 21c). When in an image immunostained with the anti-acetin antibody, another specific indicator marker for cardiomyocytes (Figure 21 d) was fused with an image immunostained with the anti-Nkx2.5 antibody, it was found that the cells immunostained with the anti-Nkx2.5 antibody were completely overlaid with the cells immunostained with the anti-acetin antibody (Figure 21 e).
É claramente demonstrado a partir desse resultado que, quando células-tronco embrionárias humanas são purificadas pelo cultivo sob uma condição de cultura sem açúcar/sem soro e suplementada com ácido lático, os cardiomiócitos podem ser seletivamente coletados.It is clearly demonstrated from this result that when human embryonic stem cells are purified by cultivation under a sugar-free / serum-free culture condition and supplemented with lactic acid, cardiomyocytes can be selectively collected.
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